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凝聚态物理学进展 2014年第4期3卷 46-52页

作者：胡宏铎陈兰丽湖北工程职业学院信息工程系黄石江西科技师范大学江西省通信与光电子重点实验室南昌

基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂zno (100)表面的形成能和电学性质。首先,我们分析了N掺杂zno (100)表面不同层时的结构弛豫情况,接着计算了N掺杂表面的形成能和电子结构。结果表明N掺杂后体系发生较大的晶格畸变。N掺杂块体Zn... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂zno (100)表面的形成能和电学性质。首先,我们分析了N掺杂zno (100)表面不同层时的结构弛豫情况,接着计算了N掺杂表面的形成能和电子结构。结果表明N掺杂后体系发生较大的晶格畸变。N掺杂块体zno的形成能比掺杂表面时的形成低。结果表明N很容易聚集在体内而不是表面。从N掺杂zno (100)表面的电子结构中得知,体系的费米能级向价带移动,这主要归因于N-p态,同时体系表现为p型特征。

关键词： zno表面 p型第一性原理

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表面效应对Li掺杂的zno薄膜材料p型电导的影响

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物理学报 2012年第15期61卷 434-440页

作者：司杭何海燕潘必才合肥微尺度物质科学国家实验室(筹) 合肥230026 中国科学技术大学物理系合肥230026

利用第一性原理的方法研究了在zno非极性表面和极性表面的不同原子层中,分别用Li原子去替位Zn原予(记为Li_(zn))后的相对稳定性和热离化能.计算结果表明Li_(zn)处于zno表面区域时的稳定性优于在zno体中时的稳定性,并且Li_(zn)在表面区... 详细信息

利用第一性原理的方法研究了在zno非极性表面和极性表面的不同原子层中,分别用Li原子去替位Zn原予(记为Li_(zn))后的相对稳定性和热离化能.计算结果表明Li_(zn)处于zno表面区域时的稳定性优于在zno体中时的稳定性,并且Li_(zn)在表面区域的热离化能要比它在体结构中的热离化能大很多,于是,zno表面效应的存在会使Li掺杂的zno薄膜材料的p型导电能力大幅度降低.这个结果对低维zno体系p型掺杂有着重要的指导意义.我们进一步发现,在不同的zno表面区域里Li_(zn)的热离化能会表现出很大的差异是源于不同的表面具有不同的静电势分布.

关键词：第一性原理 zno表面 p型导电性热离化能级

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Ag嵌入zno(10■0)表面的第一性原理研究

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应用物理 2014年第8期4卷 155-161页

作者：胡宏铎陈兰丽湖北工程职业学院信息工程系黄石江西科技师范大学江西省通信与光电子重点实验室南昌

基于密度泛函理论,采用第一性原理计算了Ag嵌入zno(10■0)面的几何结构和导电性以及电子结构,分析了Ag掺杂zno(10■0)面的表面结构弛豫和Ag嵌入zno(10■0)不同层的形成能情况。计算结果表明:和纯净zno(10■0)相比,Ag嵌入zno(10■0)受结... 详细信息

基于密度泛函理论,采用第一性原理计算了Ag嵌入zno(10■0)面的几何结构和导电性以及电子结构,分析了Ag掺杂zno(10■0)面的表面结构弛豫和Ag嵌入zno(10■0)不同层的形成能情况。计算结果表明:和纯净zno(10■0)相比,Ag嵌入zno(10■0)受结构弛豫影响比较明显。同时发现,Ag嵌入zno(10■0)第一层的形成能最低,因此,Ag嵌入在第一层的情况最稳定,这表明Ag原子更容易集中在表面层,而不是占据体内位置。通过对纯净和掺杂体系的态密度图分析发现,Ag嵌入zno(10■0)表面表现为p型特征,有利于p型的制备。然而,Ag嵌入zno(10■0)第一层的离化能较高,不利于p型导电。

关键词：嵌入第一性原理电子结构 zno表面

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zno与ZnSb的第一性原理研究

ZnO与ZnSb的第一性原理研究

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作者：韩二静重庆大学

学位级别：硕士

第一性原理计算是以密度泛函理论为基础，将多电子体系转化为单电子的研究，通过求解薛定谔方程，得到材料的电子结构，使材料的计算从介观和原子层次深入到电子层次，这样就可以从本质上探讨材料的许多特性。因此，本论文就以第一性原... 详细信息

第一性原理计算是以密度泛函理论为基础，将多电子体系转化为单电子的研究，通过求解薛定谔方程，得到材料的电子结构，使材料的计算从介观和原子层次深入到电子层次，这样就可以从本质上探讨材料的许多特性。因此，本论文就以第一性原理为主要研究方法，以zno、ZnSb为研究对象，以电子结构信息为基本点，从电子层面解释了研究对象的性质以及性能发生改变的理论机制。zno是一种用途比较广泛的半导体材料，它的很多性能与其表面性质密切相关。但目前，对其各表面还没有比较全面的研究，因此本论文第三章就对其四个低指数表面（(001)、(100)、(101)和(110)面）的电子结构进行比较系统的研究，从而得出它们不同的特性;掺杂是改善材料特性的主要方式，但对其表面掺杂后吸附的第一性原理研究不太多，目前还没有对其掺Cr后的O吸附的电子性能进行计算，本论文第四章就对此进行了研究;ZnSb作为一种比较有前途的半导体金属合金型热电材料，实验研究在掺杂Te后其半导体类型从P型转变为N型，但其转变机制不是很清晰，本论文第五章从电子层面进行了研究。以上研究所得的主要结论如下：①对zno的四个表面（(001)、(100)、(101)和(110)面）的电子结构的计算，包括能带结构、态密度、电荷密度，得出（110）面能量最低、松弛幅度也最小、因此在四个面中相对比较稳定，（001）面仅次之;四个面均为直接帯隙，其中(101)面的禁带宽度最小，（110）面最大，禁带宽度越大，对应的电阻值越大，导电性越弱;zno四个表面的能态组成基本一致，即价带主要由Zn3d和O2p态形成，导带主要由O2p态贡献，不同之处在于各面形成的态密度及分波态密度的峰值大小、位置及个数;对于电荷密度，（001）与（100）两面的强度比其他两面要强，这说明了其成键能力以及电荷转移的潜能比较强。由于计算表面各优值不匹配，可通过掺杂来改善表面的综合性能。②未掺杂Cr时，对zno（001）表面的O吸附性能进行计算，得出吸附前后其态密度没有发生明显变化，电荷密度比较弱，吸附O与表面原子的电子转移也不多，说明纯的（001）表面对O吸附性能一般。③掺杂Cr后，（001）表面仍属于半导体类型，但带隙变窄，这有利于价带电子跃迁到导带，使其导电性增强，电阻降低;态密度的位置也发生了明显变化，有左移趋势;电荷密度明显增强。掺杂后吸附O前后的电子结构也发生了明显变化，费米能级的位置由最初靠近导带变为更接近价带，这表明有更多的价带电子跃迁到导带，并且吸附前后的电荷密度图以及电子转移图也证明了这一点，使得表面与吸附O之间发生更多的电子转移，两者相互作用增强，从而提高了zno表面对O的吸附性能。因此，掺杂Cr是提高zno吸附O气敏性能得以提高的一个途径。④建立了ZnSb掺杂不同浓度的Te的稳定的原子模型。纯的ZnSb为P型半导体，当掺杂Te浓度为1.56at%和2.34at%时，ZnSb则转变为N型。研究表明这是因为掺杂元素Te的s和p轨道电子，在导带底部形成了微弱的但可见的施主能级，从而使费米能级位于接近导带的位置，使其显示N型。当掺杂浓度升高到3.12at%时，ZnSb又转变为P型，是形成了新的P型化合物ZnTe的缘故。

关键词：第一性原理计算 zno表面 ZnSb掺杂吸附

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zno光催化特性研究

ZnO光催化特性研究

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作者：程静思西安电子科技大学

学位级别：硕士

zno半导体材料因其在光催化、太阳能电池、光电子器件等领域巨大的发展前景而受到了广泛关注,尤其是在光催化领域,但zno较宽的带隙和较大的电子-空穴对(e-h)复合率局限了光催化活性和对可见光的有效利用。对zno进行掺杂和表面改性等可... 详细信息

zno半导体材料因其在光催化、太阳能电池、光电子器件等领域巨大的发展前景而受到了广泛关注,尤其是在光催化领域,但zno较宽的带隙和较大的电子-空穴对(e-h)复合率局限了光催化活性和对可见光的有效利用。对zno进行掺杂和表面改性等可有效改善对光的响应,铁(Fe)原子的掺杂对zno体系在可见光照射下光催化活性的提高有很重要的作用,且zno(0001)表面对可见光的响应也高于zno体结构和其他三个低密勒指数表面。因此,Fe原子的吸附和掺杂对提高zno(0001)表面可见光响应的作用机理值得进行深入研究。另外,稀土金属钇(Y)原子掺杂也可以很好的提高zno在可见光区域的光吸收,并且Y往往会与zno中的缺陷共同影响zno的光电等性质。zno单层(zno-ML)由于具有很大的比表面积也成为了研究热点,因此Y原子和缺陷共掺的zno-ML体系也具有提高光催化性能方面的潜力。本文利用基于GGA+U修正的第一性原理计算分别研究了Fe原子掺杂和吸附的zno(0001)表面体系、Y单掺和Y与空位缺陷共掺的zno-ML体系,具体内容如下:1.计算了Fe原子吸附的zno(0001)表面体系,并考虑了H、T和Top三个高对称性的吸附位点。计算的吸附能说明,与T和Top位点的体系相比,Fe吸附在H位点时体系的吸附能最小(-5.665 eV)。与纯zno(0001)表面的光吸收峰(1.72eV)相比,Top位点体系的光吸收峰红移最明显,移动至1.17 eV,并且在可见光区域中的光吸收系数的升高最明显,这主要是因为在禁带中和费米能级附近出现了与Fe相关的能级,提升了光生e-h的分离率。静电势的计算表明,当Fe吸附于Top位点时,zno(0001)表面的功函数下降最多,从2.340 eV减小到1.768 eV。此外,基于能带结构分析了光催化降解原理,Fe的吸附将有利于光生电子向吸附的Fe原子转移。2.计算了Fe原子掺杂的zno(0001)表面体系,并考虑了四个掺杂位点,包括在允许弛豫的表面三个Zn-O双层中取代Zn原子的掺杂位点(P、P和P)和一个Zn原子构成的八面体中心的间隙位点(P)。计算的形成能说明Fe会优先占据zno(0001)表面最顶部Zn-O双层的Zn位点。与纯zno(0001)表面相比,Fe-3d态将在Fe原子掺杂于P、P和P位点时体系的带隙中产生杂质能级,且导带向更低的能量区域移动,而Fe原子掺杂于P位点时体系的带隙降低至1.434 eV。电荷差分密度计算证实了Fe与相邻的O或Zn之间所成化学键的情况。Fe掺杂zno(0001)表面体系的光吸收系数在0到3.5eV的能量区域内显著增强。P、P和P位点的光吸收峰移向较低的能量区域(zno-ML体系。计算的形成能体现出Y掺杂浓度越高,形成能越大,掺杂体系越不容易稳定。Y掺杂的zno-ML体系的带隙都宽于纯zno-ML(4.056eV),且掺杂浓度越高,带隙越宽,上自旋的带隙中(费米能级附近)都产生了与Y原子相关的杂质能级,有利于光生e-h的分离。原子布居和键布居分析证实了Fe与相邻的O之间的所成化学键以及电荷转移的情况。相应地,Y掺杂的zno-ML体系的光吸收边都红移至低能量区域,都产生了新的吸收峰,并且掺Y的浓度越高,体系光吸收的增强越显著。另外,与Y单掺的zno-ML相比,Y与O空位(V)共同作用使zno-ML在近紫外光和可见光范围内的光吸收系数进一步增大,这是因为Y和V共掺的zno-ML的禁带宽度(4.27eV)比Y单掺的zno-ML体系的禁带宽度(4.45eV)小,且共掺体系的杂质能级E+1.33eV比Y掺杂体系的杂质能级E+4.0eV离价带更近。论文研究结果可以为zno基材料的光催化性能的改善提供一定的理论参考。

关键词：第一性原理计算 zno表面吸附掺杂 zno单层光学性质光催化性质

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