Ag-S共掺ZnO的氧空位自补偿抑制及稳定p型转化的实现

作     者：龙天 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜会静

授予年度：2015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：p型ZnO 氧空位 形成能 自补偿效应 共掺杂 

摘      要：作为典型的宽禁带半导体材料之一,氧化锌(Zn O)抗辐射能力强、激子束缚能高等优异的性能使其在光电、铁磁、光敏等领域具备广阔的应用前景。由于Zn O中存在着大量的本征施主缺陷所造成的自补偿效应,导致Zn O在杂质掺杂改性方面呈现单极性,其p型特性很难实现。并且其p型杂质受主能级普遍偏高,且固溶度较低,使得其p型特性不能稳定保持,严重制约着其在光电领域的应用,因此实现稳定有效的p型Zn O转变具有重大意义。本文基于密度泛函理论的第一性原理,针对Zn O中普遍存在的较为稳定的本征施主缺陷氧空位(VO),在考虑氧空位缺陷的情况下对Zn O进行p型掺杂。论文以Ag原子替位Zn原子形成的替位缺陷作为受主杂质,通过引入S原子来调节Ag的固溶度,降低其受主能级,并在一定程度上抑制氧空位的自补偿效应。论文首先通过研究Ag掺杂理想Zn O与含氧空位Zn O的能带结构和态密度,分析了氧空位对Ag掺杂的自补偿效应的内部机理;然后进一步研究了不同Ag、S、VO浓度配比的Zn O体系的电子结构,分析了引入S对抑制氧空位自补偿效应以及提升Ag的固溶度、降低受主能级的机制;最后计算了不同体系下的杂质元素结合能及缺陷形成能,确定了p型掺杂的有效性和体系的稳定性。论文研究发现S元素的引入可以在辅助Ag实现Zn O的p型转化的同时,抑制氧空位的自补偿效应等不利影响。采用Ag、S、氧空位(VO)的浓度比为1:2:1时更能最优化的保证Zn O的p型导电特性。