电负性与氧化物材料光电性质研究

作     者：陈阳 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛冬峰;李克艳

授予年度：2012年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：电负性 氧化物 带隙 杂质能级 

摘      要：氧化物半导体材料在铁电、压电、传感器、太阳能电池等领域有重要的应用,所有这些应用均与其光电性质密切相关。半导体的带隙是表征其应用价值的重要参数之一,它是能带结构中价带顶部到导带底部的能量差值。所有材料都是由其组成原子通过不同的化学键联接起来组成的,化学键的性质可以反映材料的物理、化学性质,所以可以通过化学键的参数来表示材料的物理、化学性质。电负性反映了原子或基团吸引周围电子的能力,经过80年的发展,它已经在许多关于材料性质研究和新材料设计的工作中得到了成功应用。 本论文从化学键的观点出发,分析了氧化物的微观结构,建立了其带隙与电负性之间的定量关系。从简单的AN8-N型二元化合物出发,确定了影响带隙的基本参量并考察其对带隙的具体影响方式：用电负性和键长表示成键原子对键上价电子的吸引力,吸引力越大,带隙值越大;用半径比校正的有效共价性表示电子的离域程度,有效共价性越大,带隙越小,由此得到了MO型氧化物带隙的计算公式。基于化学键的观点,对电荷转移型氧化物带隙进行分析,建立了电负性等化学键参数与电荷转移型氧化物带隙之间的定量关系,得到了与实验值相符的结果,进一步说明了电负性在氧化物带隙研究中的重要应用。 杂质能级的研究是半导体研究中的一个基本而又重要的问题。基于对半导体带隙所做的讨论,将这些从化学键观点出发的思想拓展到TiO2杂质能级的研究中,用电负性等化学键参数建立了杂质能级计算公式：用电负性和掺杂键长表示的键强和价电子密度来衡量电子被激发的难易程度,键强越大,价电子密度越低,激发越困难,杂质能级越靠近价带顶部。计算结果与实验值符合得较好,这一基于电负性的杂质能级计算公式可以为寻找合适的杂质用于半导体掺杂提供理论上的指导。