摻雜對CdTe與ZnO體系結構與光學性質的密度泛函理論計算.pdf

1、本研究采用基于第一性原理的密度泛函理論，利用廣義梯度近似和超軟贗勢方法，計算研究了CdTe以及Sb摻雜的CdSbxTe1-x，以及ZnO的系列摻雜體系MxZnyOz(=Na、Li、N、Mg、Na-Mg、Li-Mg、Li-N)的晶體結構，電子能帶，態(tài)密度和光學性質。分析討論了晶體結構，電子能帶，態(tài)密度和光學性質與摻雜元素種類和摻雜量之間的關系。
　　 計算得到CdSbxTe1-x的能帶結構、態(tài)密度、吸收光譜、價帶與空帶之間的能隙E

2、g、價帶頂(VBM)和導帶底(CBM)等隨Sb元素含量x的變化關系。結果表明，由于導帶的底部(CBM)升高，摻入Sb原子使系統(tǒng)的空穴濃度增加，原子間相互作用減弱，結合能減少，帶隙Eg增大。x≤0.125時，系統(tǒng)吸收的太陽能隨x增加而增大；0.125＜x＜0.25時，對太陽能的吸收減弱，而x＞0.25時系統(tǒng)對太陽能的吸收隨x增加而增強。指出利用基底表面對晶格的牽引作用，制作Sb原子較大比例取代CdTe閃鋅礦晶相Te原子的薄膜，對提高光電材

3、料的性能是有益的。
　　 分析討論了影響ZnO基p型電導的因素，并模擬計算了不同摻雜體系對太陽能的吸收光譜。結果表明：(1)Na原子作為p型摻雜劑取代Zn原子時，與價帶相互作用成鍵，與導帶成反鍵，使帶隙增寬；摻雜系統(tǒng)電子數(shù)減少導致價帶能量和空穴數(shù)增大，其中自旋向上能帶增加的空穴多于自旋向下能帶。Mg-Na共摻時，Mg原子的主要作用是其3p軌道使導帶能量增高并導致體系帶隙增大。(2)N原子的摻入使ZnO的簡并能級分裂，同時引起其它

4、原子費米面附近空穴數(shù)增加，形成深受主摻雜類型。Mg-N共摻使ZnO的能級比單摻N原子時簡并分裂的程度更強，其中Mg原子的摻入使系統(tǒng)的受主能級能量更低，有利于低阻p型半導體的形成。(3)模擬計算表明，摻雜體系吸收太陽能的能力依次為：Zn0.75Mg0.125Li0.125O＞Zn0.875Li0.125O＞Zn0.75Mg0.125Na0.125O＞Zn0.875Na0.125O＞Zn0.875Mg0.125N0.125O0.875＞Zn