稀土單摻雜或過渡金屬與碳共摻ZnO光性能研究.pdf

1、對于ZnO的研究從20世紀30年代才逐漸開始。ZnO因其諸多優(yōu)異的性能,如室溫禁帶寬度較寬,自由激子能較高、介電常數(shù)較小、溫度系數(shù)較低、機電耦合系數(shù)和壓電常數(shù)較大、c軸取向上具有較強的壓光壓電效應(yīng)、容易實現(xiàn)n型摻雜以及通過摻雜可在室溫實現(xiàn)鐵磁性等,在氣體傳感器、透明導電氧化物(TCO)薄膜、液晶顯示器、透明薄膜晶體管(TTFT)等方面有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 當前,ZnO的摻雜改性己成為ZnO研究的一大熱點,而摻雜引起的禁帶寬度

2、變化現(xiàn)象已被廣泛研究。我們知道,在制作以ZnO薄膜為基礎(chǔ)的現(xiàn)代光電器件中,一個非常重要的前提是實現(xiàn)ZnO能帶的調(diào)制,帶隙可控使得ZnO薄膜的發(fā)光器件開發(fā)成為可能。此外,電子的電荷屬性和電子的自旋屬性在材料中一般是單獨地被使用,如果能在同一材料中同時應(yīng)用這兩種屬性,出現(xiàn)所謂的稀磁半導體(DMSs),則有望在自旋電子器件中發(fā)揮巨大作用而備受關(guān)注。其中,高居里溫度(Tc)的實現(xiàn)成為關(guān)注的焦點。本文基于密度泛函理論且使用第一性原理贗勢方法,計算

3、了Zn1-xLaxO(x=0.0625,0.125)體系和Zn0.935(TM)0.0625O0.935C0.0625(TM=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)體系的電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì),主要開展了以下工作:
　　 1、計算研究了La摻雜ZnO體系的電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)。計算結(jié)果表明:La的摻雜導致ZnO禁帶寬度展寬,費米能級進入導帶,產(chǎn)生所謂的Burstein-Moss(B-M)效應(yīng);隨著La原子摻雜量的增加,Zn1-xLaxO的共價

4、性減弱。對比純凈的ZnO,摻雜體系的介電函數(shù)虛部出現(xiàn)新峰,吸收邊發(fā)生藍移,與實驗結(jié)果定性相符,基于計算得到的電子結(jié)構(gòu)對光學性質(zhì)的變化給出了定性解釋。
　　 2、計算了過渡金屬與C共摻雜ZnO體系的電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)。計算結(jié)果表明:共摻雜均導致費米能級發(fā)生移動,摻雜體系共價性強弱發(fā)生變化,且共摻雜更有利于高居里溫度鐵磁性半導體的實現(xiàn);各種類型摻雜體系在高能區(qū)(＞5.0eV)的光學性質(zhì)與純凈ZnO幾乎一致,而在低能區(qū)卻存在較大差異,