Nb摻雜TiO2基透明導(dǎo)電材料的電學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、本文通過(guò)第一性原理方法研究了銳鈦礦相和金紅石相TiO2，以及不同摻雜濃度的銳鈦礦和金紅石Nb∶TiO2(NbTi cell)模型和銳鈦礦相Nb與氧空位(Vo)或氧間隙原子(Oi)共摻雜模型(NbTi+Vo cell和NbTi+Oi cell)的的幾何構(gòu)型、電子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。
　　首先通過(guò)銳鈦礦相和金紅石相TiO2的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的研究確定了研究方法的可靠性。
　　在此基礎(chǔ)上研究了不同摻雜濃度的兩相NbTi cell模型。

2、研究表明:銳鈦礦NbTicell呈類金屬導(dǎo)電機(jī)制，金紅石NbTi cell呈半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制。NbTi cell導(dǎo)電是由于Nb原子在體系中可以比Ti多釋放出電子。金紅石NbTi cell中Nb原子電離率比銳鈦礦中低。故銳鈦礦NbTi cell適宜用作TCO材料，金紅石NbTi cell則不適宜。Nb原子摻雜濃度越高，Nb原子的電離率越低。在富氧條件下，Nb原子摻雜的TiO2在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，即有利于Nb原子的摻雜，富鈦條件下不利于Nb原

3、子的摻雜。且隨著Nb原子摻雜濃度提高，形成能增大。
　　在銳鈦礦NbTi cell的基礎(chǔ)上我們研究了共摻雜模型，結(jié)果顯示:NbTi cell中雜質(zhì)軌道主要由Nb原子周圍的Ti t2g(dxy)貢獻(xiàn)，而NbTi+Vo cell中不僅有Nb臨近Ti原子的t2g（dxy）貢獻(xiàn)，也有Vo周圍Tirg(dz2, dx2-y2)參與貢獻(xiàn)。兩者載流子延a(b)方向的有效質(zhì)量相差不大，但NbTi+Vo cell延c軸方向的小很多。NbTi+Vo

4、cell中Vo周圍的不飽和電子均勻的分布在Vo臨近3個(gè)Ti原子上，這部分電子可以參與材料的導(dǎo)電。在NbTi+Oi cell中，Oi原子與毗鄰的晶格O原子形成類似O2結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)能級(jí)主要由類O2結(jié)構(gòu)中O原子的2p軌道構(gòu)成，其中的未占據(jù)能級(jí)能夠捕獲電子。Vo周圍的電子主要以電子氣的形式存在，而Oi靠近核周圍的電子主要是局域態(tài)。說(shuō)明Vo引入NbTi cell對(duì)導(dǎo)電性起促進(jìn)作用，Oi的引入則對(duì)NbTi cell導(dǎo)電性不利。形成能結(jié)果顯示，在富鈦條