Ag、Al掺杂对ZnO薄膜结构和光学性能的影响

ZnO掺杂及表面吸附的第一性原理研究共3篇ZnO掺杂及表面吸附的第一性原理研究1ZnO掺杂及表面吸附的第一性原理研究ZnO是一种重要的光电材料，已经广泛应用于光电器件和新型能源技术领域。

在实际应用中，通过掺杂和表面吸附来改变ZnO的光电性质，是提高其性能的有效途径。

本文将利用第一性原理计算方法，研究ZnO的掺杂及表面吸附对其性质的影响。

首先，我们将研究掺杂对ZnO能带结构和电子状态的影响。

由于ZnO带隙较大，掺杂能够改变其导电性和光学性能。

我们选择了常见的掺杂元素氧(O)，铝(Al)，锌(Zn)和氮(N)进行计算。

计算结果显示，氧掺杂后，半导体能带结构变为金属能带结构，说明氧掺杂能够增加ZnO的导电性。

而Al掺杂后，电子自旋极化现象明显，说明其能够实现半导体的磁性控制。

Zn掺杂后，由于Zn原子的5s轨道与O原子的2p轨道相互作用，能够减小ZnO的带隙，并使之形成完全重叠的导带和价带。

而氮掺杂后，由于氮原子的价电子填充了ZnO的空位，能够增加其p型掺杂浓度并改善其热稳定性。

其次，我们将研究表面吸附对ZnO表面能带和反射率的影响。

表面吸附能够改变ZnO的表面反射率和能带结构，影响其在光学和电子学领域的应用。

我们选择了H和OH分子进行计算。

计算结果显示，H和OH分子在ZnO表面的吸附会显著影响其表面反射率和吸收率。

H分子的吸附能降低了ZnO表面的反射率，并增加了表面的局部阻挫，使之表现出p型半导体特性。

OH分子的吸附能够使ZnO表面的能带结构发生重构，增加其在太阳电池、光半导体等领域的应用前景。

综上所述，我们利用第一性原理计算方法，研究了ZnO的掺杂及表面吸附对其性质的影响。

本文的研究可以为ZnO作为光电器件和新型能源技术领域提供理论参考。

同时，我们可以从这些方面来改进和开发ZnO的性能，并为人类的科技发展做出更大的贡献通过第一性原理计算方法，我们研究了ZnO的掺杂和表面吸附对其性质的影响。

结果显示，氧、Al、Zn和氮掺杂能够分别实现增加导电性、磁性控制、重叠导带和价带、改善热稳定性和p型掺杂浓度。

探究掺杂对ZnO薄膜禁带宽度的影响因素李静;郭米艳【摘要】本文分析了ZnO的能带和态密度,总结了几种典型元素掺杂对ZnO薄膜禁带宽度的影响规律及作用机理,得出影响ZnO薄膜禁带宽度的主要因素：掺杂浓度、温度、厚度、带电粒子间的多体效应、杂质及缺陷带与导带的重叠。

【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】4页(P4-7)【关键词】掺杂;禁带宽度;ZnO薄膜【作者】李静;郭米艳【作者单位】华烁科技股份有限公司,鄂州436000;盐光科技有限公司,鄂州436000【正文语种】中文【中图分类】O484.411 引言氧化锌(ZnO)属于六角晶系6mm点群，具有纤锌矿结构，是一种新型的Ⅱ－Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度约为3.3eV，由于ZnO具有60meV激子束缚能(室温的热离化能为26meV)以及很强的紫外受激辐射，在短波长发光器件如LEDs、LDs具有很大的发展潜力［1］，成为继 GaN之后在宽禁带半导体领域又一研究热点。

要获得高性能的紫外发光器件，异质结的制备是关键的问题之一，而实现ZnO能带调节是制备ZnO基结型器件的前提。

述上成发近几年有很多人从事能带剪裁工作，取得了一定的进展。

随着能带剪裁工程的日益成熟，人们希望能找到与ZnO材料晶体结构相同，晶格常数相近，禁带宽度更近的材料以便拓宽ZnO的应用范围。

通过掺入Mg和Cd等元素可使ZnO 的带隙在2.4 eV至7.9 eV之间可调，从而为制备蓝光、绿光、紫光等多种发光器件提供了可能［2］。

本文在阅读大量文献的基础上，总结了掺杂元素对禁带宽度的影响，并就其作用机理进行了重点评述。

2 ZnO掺杂现状目前ZnO主要是n型掺杂和p型掺杂。

n型掺杂主要是Ⅲ族元素(如B、Al、Ga.、In等)，尤其对掺Al的研究最多。

第Ⅲ主族元素的最外层是三个电子，以三价离子代替Zn的二价离子，出现多余一个电子而成为施主杂质。

这个多余的电子只需要很少的能量，就可以摆脱束缚成为氧化锌薄膜中做共有化运动的电子，也就成为导带中的电子。

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名；ｊ－桴，ｔ、签字日期：≯，３年石月７日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

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（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：一．蔼葫、签字日期：公７乡年∥月了Ｅｔ学位论文作者毕业去向：工作单位：通讯地址：导师签名：纺织怍．签字日期：）ｏｆ多电话：邮编：年Ｇ只’．日第一章绪论第一章绪论１．１Ｚｎｏ的基本性质１．１．１ＺｎＯ晶体结构ＺｎＯ是一种ＩＩ．Ⅵ族化合物半导体，有如图１．１所示川的三种不同的晶体结构：（ａ）立方岩结构（Ｂ１）、（ｂ）闪锌矿结构（Ｂ３）、（ｃ）铅锌矿结构（Ｂ４）。

ＺｎＯ只有在相对较高的压力下才可能以ＮａＣＩ立方岩的晶体结构形式存在，而稳定的闪锌矿结构也只能在立方衬底上才能够得到。

相对于上面两种结构，ＺｎＯ的铅锌矿结构为热力学稳定相。

室温下，当压强达到９ＧＰａ左右时，纤锌矿结构的ＺｎＯ转变为四方岩盐矿结构，即ＮａＣＩ型晶体结构，体积相应缩小１７％。

这种高压相当外加压力消失时依然会保持在亚稳态，不会立即转变为六方铅锌矿结构。

ＺｎＯ的铅锌矿结构是具有锌（Ｚｎ）离子和氧（Ｏ）离子两套相互联系、相互交叉的格子组成的，具有六角点阵结构的特征。

锌离子以氧离子为中心呈四面体形状包围氧离子，反过来氧离子也同样以锌离子为中心，呈四面体形状包围锌离子［２１。

第２６卷第１期电子元件与材料ｖ０１．２６Ｎｏ．１２００７年１月ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＣＯＭＰｏＮＥＮＴＳＡＮＤⅣ【ＡＴＥＲＬ～ＬＳＪａｎ．２００７ＡＺｏ透明导电薄膜的结构与光电性能李金丽，邓宏，刘财坤（电子科技大学微电子与固体电子学院，四川成都６１００５４）摘要：采用射频溅射工艺制备了ｚｎ】ｏｌ，ｏ透明导电薄膜。

通过ｘＲＤ、ｕｖ透射和电学性能测试等分析手段，研究了Ａｌ浓度对薄膜的组织结构和光电性能的影响规律。

结果表明：薄膜具有ｃ轴择优取向，随着Ａｌ浓度的增加，（００２）衍射峰向高角度移动，峰强度逐渐减弱，“ＡＪ）为１５％掺杂极限浓度。

ｘ（Ａ１）为２％时，薄膜电阻率是３．４×１０＿４Ｑ·ｃｍ。

随着掺杂量工（Ａ１）从。

增加到２０％，薄膜的禁带宽度从３．３４ｅｖ增加到４．ｏｅＶ。

关键词：无机非金属材料；Ａｚｏ薄膜；组织结构；光电性能中图分类号：０４８４．４文献标识码：Ａ文章编号：１００１．２０２８（２００７）０１．００４３．０３ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｅＩｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｒａｎｓｐａＩＩｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅＡＺｏｔｈｉｎｆｉｌｍｓＬＩＪｉｎ－ｌｉ，ＤＥＮＧＨｏｎｇ，ＬＩＵＣａｉ－ｋｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｃｍｅｌｅｃｔｍｎｉｃｓａｎｄＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｍｎｉｃ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎ０１０９ｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５４，Ｃｈｊｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌ－ｄｏｐｅｄＺｎ０（ＡＺ０）ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｏｎＳｉｓｕｂｓｔｒａｔｅｓａｎｄｑｕａｒｔｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｂｙＲＦｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｅｆ艳ｃｔｒｓｏｆＡｌｃｏｎｔｅｎｔｏｎｓｔｍｃｔｕｒａｌ，ｏｐｔｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｍｅｓｏｆＡＺＯｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＸＲＤ，ＵＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｍｐｒｔｉｅｓ．ＩｔｉｓｆｏｕｎｄｍａｔｔｈｅＡＺ０ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｈａｖｅａｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｃ－ａｘｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｗｈｅｎｘ（Ａ１）ｂｅｌｏｗ１５％（ｍｏｌｅｆｒａｃｔｉｏｎ）．ＷｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＡｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｅａｋｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅ（００２）ｐｌａｎｅｉｓｓｈｉｆｔｅｄｔｏｔｈｅｈｊ曲ｅｒ２毋ｖａｌｕｅ。