ZnO极性表面及其N原子吸附机理的第一性原理研究

摘要

基于密度泛函理论的第一性原理赝势法计算了ZnO极性表面的几何结构和电子结构特性,对比分析了ZnO(0001)和ZnO(0001)表面结构弛豫、能带结构、电子态密度及N吸附ZnO极性表面的形成能情况.计算结果表明:相对于ZnO(0001)表面,ZnO(0001)表面受结构弛豫影响更加明显,而ZnO(0001)表面完整性更好.相对于体相ZnO结构,ZnO(0001)表面的能带带隙变窄,同时价带顶附近能级非局域性增强使晶体表面的导电性能变得更好;而ZnO(0001)表面的能带带隙变宽,由于0-2p态的存在,使价带顶附近出现了空能级,在热激发作用下,体内电子易向这些能级跃迁从而在表面形成电子聚集使表面带负电.同时还发现N原子吸附在ZnO(0001)表面面心位置的情况最稳定,而嵌入位在表面第一层处的形成能最低,因此N原子易集中于表面层中,而不是占据体内位置.