稀土和幾種典型半導(dǎo)體材料的價電子結(jié)構(gòu)和物性.pdf

1、半導(dǎo)體材料在信息通訊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，成為國際學(xué)術(shù)屆非常活躍的研究熱點(diǎn)之一。近年發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料具有光-電能量轉(zhuǎn)換特征，在太陽能方面應(yīng)用具有潛住應(yīng)用。本文在前人實(shí)驗和理論工作基礎(chǔ)之上，應(yīng)用《固體與分子經(jīng)驗電子理論》系統(tǒng)研究了半導(dǎo)體材料在電輸運(yùn)和能量轉(zhuǎn)換過程中的電子結(jié)構(gòu)、體系的能量及物理性能，揭示其基本的機(jī)理。獲得的主要結(jié)果如下所示：
　　 1.半導(dǎo)體材料Si、Ge的研究表明：它們的價電子雜化態(tài)都處于第6階，共價電子對數(shù)：nc=0

2、.97，泡令作用系數(shù)：β=0.71?；趦r電子結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，計算得兩種元素的結(jié)合能分別為464 kJ/mol和384 kJ/mol，與實(shí)驗值446 kJ/mol和372 kJ/mol相符。
　　 2.稀土Gd和Tb元素的價電子結(jié)構(gòu)和物理性能的研究表明：在不考慮4f電子的情況下，計算結(jié)果顯示：Gd和Tb原子的s，p，d電子分布相似，這可以用于解釋它們具有相近的物理性能。結(jié)合能計算顯示Tb原子的計算值與實(shí)驗值的相對誤差理論值明顯高于

3、Gd原子，這表明Tb原子的4f電子更易成鍵，故對于結(jié)合能有貢獻(xiàn)。從兩種原子的單原子的軌道穩(wěn)定性來看，Gd的單原子態(tài)符合洪特半滿規(guī)則特例，故相對于Tb原子來說，不易成鍵。熔點(diǎn)計算結(jié)果與實(shí)驗符合很好，這說明4f電子對于Gd和Tb的熔點(diǎn)基本上無影響。這歸于高溫磁無序，在熔點(diǎn)附近磁電子整體排列無序?qū)τ谌埸c(diǎn)幾乎無影響。
　　 3.太陽能候選材料CdS的研究表明：具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的CdS中的Cd原子和S原子的價電子態(tài)均處于第四階；

4、它們的價電子分布相似，化合物中的Cd-Cd，S-S，S-Cd鍵長相近，計算的兩種結(jié)合能差異小，可解釋了實(shí)驗中兩相并存的現(xiàn)象。而結(jié)合能計算結(jié)果表明，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的CdS具有更高的理論結(jié)合能值，故穩(wěn)定性更高。鍵能計算表明：纖鋅礦結(jié)構(gòu)中長鍵Cd-S、Cd-Cd和S-S鍵能很小，容易斷裂。與c軸不平行的強(qiáng)鍵Cd-S鍵容易轉(zhuǎn)動，從而導(dǎo)致了價電子分布的變化。以上分析表明，高壓相變的產(chǎn)生依賴于強(qiáng)鍵的轉(zhuǎn)動和弱鍵的斷裂，這些都起源于晶體的各向異性。

5、　　 4.ZnO的價電子結(jié)構(gòu)計算和分析表明：電子結(jié)構(gòu)分析顯示晶格電子的提供者為Zn原子的缸電子，導(dǎo)電性主要取決于4s電子，這與第一性原理結(jié)論相同。與金屬鋅的13雜階的價電子分布(s1.1689p2d1.1689)相比，ZnO的鋅原子處于第4雜階，價電子分布為s1.8877p2d1.8877，由于外層s層電子和d層電子數(shù)都有所增多，鋅氧化造成了部分3p層電子轉(zhuǎn)化為3d和4s電子，從而導(dǎo)致了性能的變化；根據(jù)固體與分子經(jīng)驗電子理論推測：摻雜