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不同浓度的Nd掺杂对氧化锌的光学性质的影响
发布时间:2017-02-03 09:46 发布人:氧化锌 点击:
 
        氧化锌是一种宽禁带直接带隙半导体,具有电子漂移饱和度高、介电常数小、导电性能好等特点。近年来,由于稀土元素具有独特的光学性质,在实验上和理论上对稀土掺杂ZnO的光学性质的研究引起人们的广泛兴趣。由于氧化锌是宽禁带半导体,成本低,制备工艺简单。因此,稀土元素掺杂氧化锌在制备光电器件方面具有广阔的应用前景。在理论上,Eu掺杂ZnO具有优质的物理性质和化学性质。在实验上,Eu掺杂ZnO已经被用于平板电视等显示设备。 
  通过理论研究发现,不同浓度的稀土元素掺杂氧化锌可以使得氧化锌光电性能产生相当显著的变化。然而,理论上对不同浓度Nd掺杂对氧化锌的光学性质的影响研究甚少。在本文中,基于密度泛函理论通过第一性原理计算主要研究了稀土元素Nd掺杂ZnO的光学性质的研究。首先比较了其中一种掺杂浓度和纯净ZnO体系的介电函数、吸收系数和反射系数;接着分析了不同掺杂浓度体系的介电函数;最后,计算了不同掺杂浓度体系的吸收系数。 
  所有的计算工作都是基于密度泛函理论的第一性原理计算程序即在Vienna Abinit Simulation Package(VASP)代码完成的。采用的交换关联势为广义梯度近似(GGA)。计算参数设置情况:采用网格为5×5×3的Monkorst-park特殊k点对整个布里渊区求和,平面波截断能为450eV。为了得到可靠的结果,在结构优化基础上进行静态计算。 
  晶格常数a=b=0.3249 nm,c=0.5206 nm,其中c/a为1.602。沿c轴方向的Zn-O键长为0.1992 nm,其他方向为0.1973 nm。在本文中,我们构建的纯净ZnO的模型为:pure-ZnO晶体的超晶胞由36个原子组成,是在ZnO原胞基矢方向扩展两个单位得到的3×3×1的超晶胞模型(如图1a所示)。O、Zn和Nd的价电子分别选取为O2s22p4、Zn3d104s2、和Nd5s25p65d16s2。不同浓度的稀土元素(Nd)掺杂模型如图1所示。其中,(a)是pure-ZnO为3×3×1超晶胞;(b)是Nd-36为3×3×1超晶胞;(c)是Nd-72为3×3×2超晶胞;(d)是Nd-108为3×3×3超晶胞。