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氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O734[理学—晶体学]
  • 作者机构:[1]内蒙古工业大学理学院物理系,呼和浩特010051
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61366008,51261017);教育部“春晖计划”;内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号:NJZZ13099)资助的课题
中文摘要:

目前,氧空位对ZnO形成杂质能级的研究结果存在相反的结论,深杂质能级和浅杂质能级两种实验结果均有文献报道,并且,在实验中高温加热的条件下,氧空位体系ZnO中导带自由电子增加的来源认识不足.为了解决此问题,本文采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了纯的与两种不同氧空位浓度ZnO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、布居值和差分电荷密度的计算.结果表明,氧空位浓度越大,系统能量越上升、稳定性越下降、形成能越高、氧空位越难、导带越向低能方向移动、电子跃迁宽度越减小、吸收光谱越红移.这对设计制备新型氧空位ZnO体系光学器件有一定的理论指导作用.

英文摘要:

Nowadays, the studies of the influence of oxygen vacancy on forming impurity level of ZnO have obtained contrary conclusions. The experimental results about both the deep impurity level and the shallow impurity level are reported.However, under the high temperature heating condition, the origin of free electron increasing in conduction band of ZnO with oxygen vacancy is not sufficiently understood. To slove this problem, according to the first-principles plane-wave ultrasoft pseudopotential of the density functional theory, we set up the models for a pure ZnO cell and two different oxygen vacancy concentration supercells of ZnO, and perform the geometrical optimization for three models. The density of state, band structure, population and differential electron density are also calculated. Calculation results indicate that with the increase of oxygen vacancy concentration, the total energy increases and the formation energy will be greater. It makes the stability decline and the oxygen vacancy harder. Meanwhile, its conduction band minimum shifts toward low energy, the electron transition width decreases, and the absorption spectrum is red-shifted. It shows that these results may be helpful for the future experimental design and also for the preparation of optical device with oxygen vacancy of ZnO.

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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