掺杂氧化锌的电子结构第一性原理计算

摘要

由于稀磁半导体材料同时具备电子电荷属性和自旋属性，具有广阔的应用前景，这类材料被许多科学家广泛关注。特别是稀磁半导体材料的宽禁带、高激子结合能等综合性能已成为近期人们研究的热点之一。本课题借助计算机模拟，利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，结合寻求掺杂对ZnO体系铁磁性能的影响和掺杂体系的传导机理，从单掺杂和共掺杂两个方面对掺杂ZnO半导体的电子结构理论计算研究。
　　 首先，计算是基于密度泛函理论(DFT)的全势线形缀加平面波(FP-LAPW)的方法。通过对Cr单掺杂ZnO体系的计算指出了随着Cr的掺杂，决定带隙宽度的导带底的位置下降，同时价带顶的位置上升，从而导致了带隙的消失。由于存在双交换作用，使得掺杂体系具有铁磁性。
　　 其次，通过对Li掺杂ZnO体系的计算，指出了Li掺杂ZnO体系中，LiZn与Lii相互补偿作用比较强烈，其中LiZn缺陷是p型传导，Lii缺陷会对p型传导起消极作用。
　　 最后，通过对(Li，N)双受主共掺杂ZnO体系的计算，指出了该体系中(Lii-NO)缺陷的总能量最小，比起LiZn，Lii缺陷更倾向于和NO缺陷相互补偿。P型传导的主要来源依然是LiZn缺陷，NO缺陷虽然也为p型传导，但是由于其能够有效的补偿消极Lii缺陷，而对体系的p型传导直接贡献不大。
　　 本文对Cr掺杂的磁性起源和Li，N共掺杂体系的传导机制的解释将为p型ZnO应用研究奠定很好的理论基础。