位置:成果数据库 > 期刊 > 期刊详情页
Ti掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O561.2[理学—原子与分子物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]内蒙古工业大学理学院物理系,呼和浩特010051, [2]上海海事大学文理学院,上海201306, [3]内蒙古自治区薄膜与涂层重点实验室,呼和浩特010051
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61366008,11272142)资助的课题.
中文摘要:

在掺杂量为1.04 at%-1.39 at%的范围内,Ti掺杂ZnO体系吸收光谱分布和电导率的实验结果存在争议均有文献报道,但是,迄今为止,对此未有合理的理论解释.为了解决存在的争议,本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势GGA+U的方法,用第一性原理构建了两种不同掺杂量Zn0.9792Ti0.0208O和Zn0.9722Ti0.0278O超胞模型,所有模型在几何结构优化的基础上,对能带结构分布,态密度分布和吸收光谱分布进行了计算.计算结果表明:在本文限定的掺杂量范围内,Ti掺杂量越增加,掺杂体系体积越增加,体系总能量越升高,体系稳定性越下降,形成能越升高,掺杂越难,掺杂体系布居值减小,Ti-O键长变长,共价键减弱,离子键增强,所有掺杂体系均转化为n型化简并半导体;掺杂体系带隙越变宽,吸收光谱蓝移越显著,电子有效质量越增加,电子浓度越增加,电子迁移率越减小,电子电导率越减小,掺杂体系导电性能越差.计算结果与实验结果相符合.对存在的问题进行了合理的理论解释.对Ti掺杂ZnO光电功能材料的设计和制备有一定的理论指导作用.

英文摘要:

Nowadays,the studies on absorption spectra and conductivities of Ti doped ZnO systems have presented distinctly different experimental results when the atom fraction of impurity increases in a range from 1.04 at%to 1.39 at%To solve this contradiction,all calculations in this paper are carried out by the CASTEP tool in the Materials Studio software based on the first-principals generalized gradient approximation(GGA) plane wave ultra-soft pseudopotential method of the density functional theory.The supercell geometric structures of ZnO,Zn0.9792Ti0.208O and Zn0.9722Ti0.278O systems are used as the calculation models.For all the geometry optimization models,the band structures,densities of states,electron density differences,population and absorption spectra are calculated by the method of GGA+U.The results show that with the Ti doping amount increasing from 1.04 at%to 1.39 at%,the lattice parameters and also the volume of the doping system increase.The higher the total energy of the doping system,the higher the formation energy of the doping system is,thereby making doping difficult and lower stability of the doping system.The increase of Ti-doping concentration weakens the covalent bond,but strengthens the ionic bond.As the Ti substitutional doping concentration increases,the Mulliken bond populations decrease,but bond lengths of Ti O increase for the doping system Meanwhile,the higher the Ti doping content,with all the doping systems converted into n-type degenerate semiconductor the wider the band gap of the doping system will be and the more significant the blue shift of absorption spectra of Ti-doped ZnO systems.In this paper the mechanism of band gap widening is reasonably explained.In addition,the higher the Ti doping content,the higher the electronic effective mass of doping systems is the higher the electronic concentration of doping systems,the lower the electronic mobility of doping systems is.The lower the electronic conductivity of doping systems,the worse the doping systems conductivity is.The ca

同期刊论文项目
同项目期刊论文
期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876