Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究_关丽
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。
S-La共掺杂ZnO性能的第一性原理研究
第５０卷第２期２０２１年２月人 工 晶 体 学 报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＮＴＨＥＴＩＣＣＲＹＳＴＡＬＳＶｏｌ．５０ Ｎｏ．２Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０２１Ｓ Ｌａ共掺杂ＺｎＯ性能的第一性原理研究赵旭东，崔瑞瑞，邓朝勇（贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳 ５５００２５）摘要：采用基于广义梯度近似的第一性原理方法，研究了纯ＺｎＯ、Ｓ单掺、Ｌａ单掺和Ｓ Ｌａ共掺ＺｎＯ的能带结构、态密度和光学性质。
Ｓ单掺ＺｎＯ后，价带和导带同时向低能量转移，导致带隙减小。
Ｌａ单掺ＺｎＯ后在导带底产生杂质能级使得带隙减小。
ＳＬａ共掺ＺｎＯ导致Ｌａ的局部化减弱，表明Ｌａ形成的施主能级由于Ｓ的３ｐ态的影响变得更浅，从而减小了带隙。
和纯ＺｎＯ相比，掺杂后的ＺｎＯ吸收系数和反射系数都减小，导致透射能力增强，为ＺｎＯ作为透明导电氧化物应用于太阳能电池提供了潜在的理论依据。
关键词：第一性原理；ＺｎＯ；光学性质；电子结构；Ｓ Ｌａ共掺ＺｎＯ中图分类号：ＴＮ３６；Ｏ４７１．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００ ９８５Ｘ（２０２１）０２ ０２６６ ０７Ｆｉｒｓｔ ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓＳｔｕｄｙｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳ ＬａＣｏ ＤｏｐｅｄＺｎＯＺＨＡＯＸｕｄｏｎｇ，ＣＵＩＲｕｉｒｕｉ，ＤＥＮＧＣｈａｏｙｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｇＤａｔａａｎｄａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｅｎｓｉｔｙｏｆｓｔａｔｅｓａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｕｒｅＺｎＯ，Ｓｓｉｎｇｌｅ ｄｏｐｅｄ，Ｌａｓｉｎｇｌｅ ｄｏｐｅｄａｎｄＳ Ｌａｃｏ ｄｏｐｅｄＺｎＯｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｆｉｒｓｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｇｒａｄｉｅｎｔａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ．ＡｆｔｅｒＺｎＯｄｏｐｅｄｗｉｔｈＳ，ｔｈｅｖａｌｅｎｃｅｂａｎｄａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｂａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｔｏｌｏｗｅｎｅｒｇｙａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｂａｎｄｇａｐ．ＴｈｅｂａｎｄｇａｐｏｆＺｎＯｄｏｐｅｄｗｉｔｈＬａｒｅｄｕｃｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｍｐｕｒｉｔｙｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌａｔｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｂａｎｄ．ＴｈｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＳ Ｌａｃｏ ｄｏｐｅｄＺｎＯｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｗｅａｋｅｎｉｎｇｏｆＬａｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｏｎｏｒｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌｏｆＬａｂｅｃｏｍｅｓｓｈａｌｌｏｗｅｒｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳ３ｐｓｔａｔｅ，ｔｈｕｓｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｂａｎｄｇａｐ．Ａｆｔｅｒｄｏｐｉｎｇ，ｔｈｅｂａｎｄｇａｐｏｆＺｎＯｄｅｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆＺｎＯｉｎｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｒｅｇｉｏｎ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｄｕｃｅｓｍｏｒｅｐｈｏｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒｇｅｃａｒｒｉｅｒｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＺｎＯ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｐｕｒｅＺｎＯ，ｔｈｅｄｏｐｅｄＺｎＯｈａｓｌｏｗｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｎｄｓｔｒｏｎｇｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＺｎＯａｓｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｏｘｉｄｅｉｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｒｓｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ＺｎＯ；ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｓ Ｌａｃｏ ｄｏｐｅｄＺｎＯ 收稿日期：２０２０ １１ ２９ 基金项目：国家自然科学基金（５１７６２０１０）；贵州省高层次创新型人才百层次人才（２０１５ ４００６） 作者简介：赵旭东（１９９７—），男，山西省人，硕士研究生。
Al掺杂ZnO晶格常数及弹性性质计算
Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ａ ｔ ｔ ｉ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ＡＩ ｄ ｏ ｐ ｅ ｄ Ｚｎ Ｏ
ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ Ａ１ ｄ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｂ ｕ ｌ ｋ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ；ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ；ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ；Ｚ ｎ Ｏ；ｄ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ
（ 南通 大 学理 学 院 ， 江 苏 南通 ２ ２ ６ ０ １ ９ ）
摘 要： 为 了获得 Ｚ ｎ Ｏ和不 同 Ａｌ 掺杂摩尔分数 下 Ｚ ｎ Ｏ 的几何结构 、 弹性常数及弹 性性质 ， 本文在第 一性原理 的基础 上， 采用 虚 晶近似 的方法进行 了掺杂计算 ， 计 算结果表 明虚 晶近似方 法优 化 的晶格 常数与使 用超胞 方法有 较好 的一致性 。弹 性常数及 弹 性性质计算结果表 明： Ｚ ｎ Ｏ 中 Ａ１ 掺 杂摩尔分数在 Ｏ ～０ ． ０ ５内， 随 Ａｌ 浓度 增大 ， 在ａ 、 ｂ轴方 向的抗 压缩 能力减小 ， 在 Ｃ 轴方 向的 抗压 缩能力增 强， 抗剪切应 变能力减小 ； Ａ１ 掺杂 Ｚ ｎ Ｏ材料呈韧性 ， 随 Ａｌ 掺 杂浓度增 大， 材料 的抗体 积压缩 能力增强、 硬 度减小 、 韧性 增 大 。 关键词 ： 材料物理 与化 学； 第一性原理 ； 弹性性质 ； Ｚ ｎ Ｏ； 掺杂 中图 分 类 号 ： ０ ４ ７ ２ ＋． ９ １ 文献标志码 ： Ａ
硼-磷共掺杂氧化锌的电子结构和光学性质的第一性原理计算
硼-磷共掺杂氧化锌的电子结构和光学性质的第一性原理计算关键字：第一性原理计算，（B,P）共掺杂，电子结构，光电特性绪论这篇文章运用基于密度函数理论的第一性原理介绍了B-P掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质。
在（B，P）共掺杂ZnO体系，掺杂喜欢在相同的（001）晶面的两个相邻点中形成结合能为-1.92 eV的BZn–PO复合结构，价带最高位置上上会出现一些空位。
随着磷浓度的增加，P 3p越来越离散。
计算出的光学特性表明，在能量较低的区域出现显著的光学跃迁，这些峰位和强度和P的浓度相关，这可以归因于P 3p和Zn 4s态之间的电子跃迁。
此外，还讨论了（B，P）共掺杂ZnO系统的吸收系数和其他光学常数，如反射率，折射率，和损失函数。
1简介由于其具有较宽的直接带隙和较高的激子束缚能，氧化锌在电子设备的光学应用中具有很大的潜力。
此外，他可以通过掺杂来调整带隙。
随着生长，氧化锌作为n型半导体，并且它很难以生产成p型氧化锌，实现氧化锌为基础的光电器件是必不可少的。
总的来说，掺杂破坏了局部对称性，并且基体和掺杂剂之间的化学错配可能会导致在带隙产生较深的缺陷。
在减少这些影响方面已经取得了显著的成绩。
彦红学等人提出了一种使用一个供体和一个受体使其形成复杂掺杂完全占领杂质带价带上方的方法。
随着进一步的掺杂，受体将复杂的结合并且有效充分的占领杂质带。
此外，受-供体对的形成也是缺陷更加稳定。
一些研究已经做了关于氧化锌中共掺杂方法的报道，主要集中在氮受体。
P也被认为是一个合适的掺杂。
虽然p型导电性可以通过多种方法实现p型ZnO，但是p型到点的可靠性仍是一个问题，其电子结构和光学性质我们还没有完全了解。
因此，P和捐助者共掺杂ZnO体系的理论研究是必要的。
对共掺杂ZnO系统的光学性质的第一性原理计算对了解其光学跃迁机制有特别大的帮助。
本文中，我们利用基于密度泛函理论（DFT）的第一原理计算报告了B和P 掺杂ZnO体系理论研究。
铝掺杂氧化锌薄膜的光学性能研究
量分 数 的 增 加 ， ０ ２ 峰 的 强 度 逐 渐 降 低 ， 表 明 了 （０ ） 这 Ｚ ＡＯ薄 膜 的（ ０ ） 向生长 逐 渐减 弱 而倾 向于各 向 同 ０２ 取
性 。因此 ， 的掺杂 引起 了 晶体 生 长过 程 中择 优 取 向 ＡＩ 的改变 ， 薄膜 中 Ａｌ 的存在 改变 了 Ｚ ｎ和 Ｏ在 沉积 过程
是 改善 激光器 短 波 长激 光 输 出 的一个 有 希 望 的途 径 。 Ｚ Ｏ及 Ｚ ｎ ＡＯ 薄膜 是 光 学 透 明 薄膜 ， 有 优 异 的光 电 具
特性 ， 以应用 于 压 电器 件 、 阳能 电 池 、 体 敏感 器 可 太 气 件 等方 面＿ 。因此 ， Ａｌ 杂 Ｚ Ｏ 的研 究 具 有 主 ４ ］ 对 掺 ｎ
本 的 Ｓ４０ 一８ ０型扫描 电子 显 微 镜 （ Ｅ Ｓ Ｍ） 观察 薄膜 的表
面 形 貌 ； 用 美 国 Ｐ ｒ ｉＥ ｍｅ 公 司 Ｌ 利 ｅｋｎ ｌ ｒ ＡＭＢ Ａ９ ０型 Ｄ ５
紫外一 见 光 光 度 计 测 试 薄 膜 的 透 射 光 谱 ； 日立 Ｆ 可 用 一
４０ ５ ０荧光 光谱 仪测 试薄 膜 的发光性 能 ， 采用 ２ ０ ｍ 波 ８ｎ 长的 Ａｒ 离子 激光 器作 为激 发光 源 。
图 １所 示 为 掺 杂 不 同质 量 分 数 （ 别 为 ０ ２ 、 分 、％ ５ 、ｏ ） 的 Ｚ ｌ Ａ１ ＡＯ 薄膜 的 Ｘ 射线 图谱 。从 图 １中
中掺杂 Ａｌ ， 以形 成 掺 铝 氧 化锌 （ ＡＯ） 膜口 ， 后 可 Ｚ 薄 ］
可 以提 高 Ｚ Ｏ 的紫 外透 射率 和增 大 Ｚ Ｏ 的带隙 ， ｎ ｎ 这也
助
材
料
铝掺杂对ZnO纳米线结构和光学性质的影响
整个系统 自然冷却至室温． 在此过程中始终保持 高 温 炉 内 压 强 为 ２０ Ｐ ， 气 （ ｒ ０ ａ 载 Ａ ）流 量 为
１０ｓｅ ｓ ｎ ａｄ ｃ ｂｃ ｃｎｉ ｅｅ ｅ ｉｕｅ ． ０ ｅｍ（ ｔ ｄ ｒ ｕ ｉ ｅ ｔ ｔ ｐｒｍ ｎ ｔ ） ａ ｍ ｒ 最后在 下游 的衬底 上得 到一层 白色 的产物 ．
表 明主要 的衍 射峰 都 与 Ｚ Ｏ 的 晶 面对 应 ， 纤锌 矿 结 构． ｎ 为 当掺 杂 浓度 达 到 ２ ０ａ ． ｔ ％
时 ， 背散射 拉 曼光 谱 中观察 到 由于 Ａ 掺 杂 而 引起 的 ６ ０ ｃ 处 的峰 ． 在 ｌ ４ ｍ 光致 发 光谱
表明 ， 随着掺 杂 浓度 的增加 ， 紫外 与可见发 光的 强度 比值 逐渐 变 小．
的应 用 前景 ． 目前 ， 于 Ｚ Ｏ： １ 膜 的研 究 报道 关 ｎ Ａ薄 很 多¨ ， 但是 关 于 Ｚ Ｏ： １ ｎ Ａ 的一 维 纳 米结 构 的 报道 较 少 ， 中 Ｓ ．Ｂ ｉ 人 利 用 水 热法 合 成 其 ．Ｎ ａ 等 了 Ａ 掺 杂 的 Ｚ Ｏ纳米 线 ¨ 一 维 Ｚ Ｏ Ａ 纳 米材 ｌ ｎ ， ｎ ：１ 料 的结构 和性 质研 究 ， 为实 现 透 明光 电器件 的 将
关 键词 ： ｎ Ａ 纳米 线 ； 杂 ；光致发 光 ； 曼光谱 Ｚ Ｏ： １ 掺 拉
０ 引言
一
１ 实验
Ａ 掺杂 Ｚ Ｏ纳米线 的合 成是 用 Ｃ Ｄ方 法 在 ｌ ｎ Ｖ 高温 管式炉 中完 成 的． Ｚ Ｏ粉 和 Ａ 粉 作 为 前 以 ｎ ｌ
驱物 ， 置于 高温 管 式 炉 最 高温 度 处 ， 金 的 Ｓ 片 镀 ｉ 作 为衬底 置 于 管式 炉 的下 游． 真空 后 ， 热 ， 抽 加 以 ８％／ ｉ ｍ ｎ的速 度升 温至 １０ ℃ ， 温 ５ｍ ｎ 然 后 ４０ 恒 ｉ，
Al-N共掺杂型ZnO薄膜的制备及其性能研究
１ １
Ａ － 共 掺 杂 型 Ｚ Ｏ 薄 膜 的 制 备 及 其 性 能 研 究 Ｉ Ｎ ｎ
Ｓｔ ｄｙ ｏ １Ｎ — ｏ ｄ—ｙ ｕ ｆＡ — Ｃｏ— ｐｅ — ｐｅ ＺｎＯ ｌ ｓ ａ — ｄ ｔ Ｆｉｍ ｎｄ ＴｈｅｒＰｒ ｐｅ ｔｅ ｉ ｏ ｒ ｉｓ
ｄ ｐ ｄ Ｚ Ｏ ｉ ｒ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅｃ ｎ ｉ ｏ ｈ ｔｗｈ ｎ ｔ ｅＳ ｌ ｅ ｓｔ ｓ０ ５ ｌＬ，Ａ１Ｎ ｄ ｐ ｄ ｄ ｎ ｏ ｅ ｎ ｆ ｍｓｗｅ ｅｂ ｓ ｈ ｏ ｄｔ ｎ ｔ ａ ｅ ｈ Ｏ ｎ ｉ ｗａ ． ｍｏ ／ ｌ ｏ ｉ ｄ ｙ 一 ｏ ｅ ｅ —
Ｕ ｎｉ ｅ ｓｔ Ｔａ ｇｓ ｎ ０ ３ ０９， ｅ ｅ ， ｖ ｒ ｉｙ， ｎ ｈａ ６ ０ Ｈ ｂ ｉ Ｃｈｉ ） ｎａ
摘 要 ： 用 溶 胶 一 胶 法 制 备 了 Ａｌ 采 凝 — Ｎ共 掺 Ｚ Ｏ 薄膜 。用 ｘ射 线 光 电子 能 谱 检 测 Ａｌ 共 掺 杂 情 况 ； ｘ 射 线 衍 射 仪 、 ｎ ～ Ｎ 用 原
ｍｉｒ — ｏ ｐｈ ｏ ｙ ａ ｐ ｉａ ｏ ｒ ｉ ｓｏ ｈｉ ｎ ｆｆｌ ｒ ｔ ｅ ｃ ｏ ｍ ｒ ｏｌ ｇ ｎｄ ｏ ｔｃ ｌｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆｔ ｓｋｉ ｄ ｏ ｉｍｓ ｗｅ ｅ ｓ ｕｄｉｄ，ｕ ｉ ｙ Ｘ ａ ｆ ｒ ｃ ｏ ｓｎｇ ｂ ｒ ｙ ｄｉｆ ａ ｔ ｍ
许 莹， 王 娟 ， 玉博 窦
（ 北理工 大 学 材料学 院 河北 省无机 非金 属 河 材 料 重点实 验室 ， 河北 唐 山 ０ ３ ０ ） ６ ０ ９
ＸＵ ｎ Ｗ ＡＮＧ ｕ ｎ， Ｙｉｇ。 Ｊ ａ ＤＯＵ ＿ ｏ Ｙｕ ｂ
（ ｅ ｅ ｏ ｉ ｅ Ｋｅ ｂｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｎｏ ｇａ ｉ ｎｍｅ ａｌｃ Ｍ ａ ｅ ｉｌ ， Ｈ ｂ ｉＰｒ ｖ ｎｃ ｙ Ｌａ ｒ ｔ ｒ ｆＩ ｒ ｎ ｃ Ｎｏ ｔ ｌｉ ｔ ｒａ ｓ Ｃｏｌｅ ｅ ｏｆＭ ａ ｅ ｉ ｓＳｃ ｅ ｅ ａ ｌ ｇ ｔ ｒａｌ ｉｎｃ ｎｄ Ｅｎｇｉ ｅ ｉ ｎｅ ｒｎｇ， ｂｅ ｌHale Waihona Puke ｅ ｈｎｉ Ｈｅ ｉＰｏ ｙｔ ｃ ｃ
镧系掺杂ZnO的电子结构和光学性质
doi: 10.12052/gdutxb.200121镧系掺杂ZnO的电子结构和光学性质白玲玲1，林志萍1，董华锋1，吴福根2（1. 广东工业大学 物理与光电工程学院 广东 广州 510006；2. 广东工业大学 材料与能源学院 广东 广州 510006）摘要: 通过第一性原理计算研究了镧系元素掺杂ZnO的电子结构和光学性质。
结果表明: 单层ZnO中掺杂形成能低于体ZnO的形成能。
较Zn原子而言, 具有更大原子半径的镧系原子的引入使得掺杂后的ZnO的晶格常数变大。
镧系元素的4f电子与O的2s和Zn的3p、4s轨道电子的杂化使非磁性的ZnO在掺入单个镧系原子后呈现出一定的铁磁性。
镧系元素掺杂ZnO使体系的价带和导带之间出现了杂质能级, 这使带隙减小从而提高了ZnO的导电能力; Eu/La/Ce掺杂ZnO的光吸收谱在近红外区域出现了新的吸收峰。
随Eu/Ce-O i双缺陷的形成, 氧间隙明显地改变了ZnO的光学性质。
关键词: 镧系掺杂ZnO；电子结构；光学性质；缺陷对中图分类号: O469 文献标志码: A 文章编号: 1007–7162(2021)02–0066–07Electronic Structure and Optical Properties ofLanthanide Doping ZnOBai Ling-ling1, Lin Zhi-ping1, Dong Hua-feng1, Wu Fu-gen2(1. School of Physics and Optoelectronic Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;2. School of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)Abstract: The electronic structure and optical properties of lanthanide doping ZnO are investigated by first-principles calculation. The formation energy of lanthanide doping in SL(single-layer)-ZnO structure that is lower than in bulk-ZnO structure. The magnetism of ZnO will change along with single lanthanide atom doping from nonmagnetic to ferromagnetic, which roots in orbital hybridization of 4f of lanthanide, O-2p and Zn-3p and-4s.Impurities level formed in CBM (conduction-band minimum) or VBM (valence-band maximum) along with lanthanide doped will reduce the band gap and improve the conductivity of materials. For Eu/La/Ce doping ZnO, new absorbing peak will be formed in infrared regions, and Eu/Ce-O i double defects will obviously improve its optical properties.Key words: lanthanide doping ZnO; electronic structure; optical properties; defect pair由于ZnO具有宽的直接带隙和大的激子结合能，其在光电设备方面吸引了越来越多的注意力[1–4]。
Cu掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究
Cu掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究潘凤春;林雪玲;高华;孙建军;陈焕铭【期刊名称】《山东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(032)004【摘要】基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Cu掺杂纤锌矿ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明,当Cu掺杂的原子百分比为4.17％时体系的光学吸收性能最好,且在可见光区出现了新的吸收峰.电子结构的分析表明,Cu的引入可以在体系的费米能级引入由Cu-3d电子和O-2p电子相互作用形成的杂质能级,价电子由eg能级向tg能级跃迁吸收的最小光子能量约为0.12 eV,这使得Cu掺杂的ZnO体系的光学吸收边落在了红外光区,同时杂质能级的出现降低了ZnO体系的禁带宽度,提升了ZnO半导体材料对长波光子的响应并有效改善ZnO半导体的光催化活性.%The electronic structures and optical properties of Cu doped wurtzite ZnO are investigated systematically by the first-principles calculations based on the density functional theory (DFT).The results show that the doped ZnO system with 4.17％ Cu possesses the best light absorption performance,in which a new absorption peak appears in the visible light region.The analysis on electronic structure further indicates that the introduced impurity level is mainly due to the coupling of the Cu-3d and O-2p in the doped system,which locates near the Fermi level.The minimal absorption energy between es to ts is about 0.12 eV,which means the absorption edge of Cu doped ZnO system locates in the infrared region.Meanwhile,the impurity level lowers the band-gap,enhances theresponce to the long wave photons and therefore facilitates the enhancement of the photocatalytic efficiency of ZnO.【总页数】8页(P78-85)【作者】潘凤春;林雪玲;高华;孙建军;陈焕铭【作者单位】宁夏大学物理与电子电气工程学院,750021,银川;宁夏大学物理与电子电气工程学院,750021,银川;宁夏大学物理与电子电气工程学院,750021,银川;银川一中,750021,银川;宁夏大学物理与电子电气工程学院,750021,银川【正文语种】中文【中图分类】O433【相关文献】1.Au-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究 [J], 李春萍;陈鑫;张宝林2.Ca掺杂纤锌矿ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究 [J], 林琳;赵春旺;迎春3.N与Mn掺杂ZnO电子结构及其光学性质的第一性原理研究 [J], 庞国旺;王少霞;史蕾倩;刘晨曦;潘多桥;赵旭才;刘桂安;雷博程;张丽丽4.第一性原理研究Cd掺杂对ZnO电子结构与光学性质的影响 [J], 熊金龙;杨晓红5.Mg/Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理研究 [J], 薛晓峰;李维学;戴剑锋;王青因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Al:ZnO的电子性质、光学性质及电性质的理论研究
Al：ZnO的电子性质、光学性质及电性质的理论研究张飞鹏;杜亚冰;房慧;李凡生;余小英;王新练;王朝勇;张光磊;张忻【期刊名称】《河南城建学院学报》【年(卷),期】2018(027)001【摘要】应用第一原理方法研究了n型Al:ZnO块体材料的几何结构、能带、态密度分布、电子分布、光学性质和电性质.分析结果表明:ZnO晶胞略有收缩,晶胞a, b,c轴均减小;掺杂ZnO块体材料导带和价带之间具有0.85 eV的直接带隙,能隙宽度减小;态密度分布在费米能级附近大大增加,这些状态主要由Als、Alp、Zns、Op 构成,且Zns、Als、Alp和Op之间存在着强偶合相互作用,其中Zns态、Als态和Alp态电子对导带贡献最大,Al:ZnO块体材料呈现宽的吸收范围和高的吸收率.Al:ZnO块材的Zns-Als-Op电子之间的转移构成电子迁移, Als电子参与导电;其价带有效质量相对较大,导带有效质量相对较小.【总页数】7页(P86-92)【作者】张飞鹏;杜亚冰;房慧;李凡生;余小英;王新练;王朝勇;张光磊;张忻【作者单位】河南城建学院数理学院,河南平顶山467036;石家庄铁道大学材料科学与工程学院,河北石家庄050043;河南城建学院数理学院,河南平顶山467036;广西民族师范学院物理与电子工程系,广西崇左532200;广西民族师范学院物理与电子工程系,广西崇左532200;广西民族师范学院物理与电子工程系,广西崇左532200;河南城建学院数理学院,河南平顶山467036;河南城建学院数理学院,河南平顶山467036;石家庄铁道大学材料科学与工程学院,河北石家庄050043;北京工业大学材料学院教育部新型功能材料重点实验室,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TN34【相关文献】1.Al掺杂ZnO电子结构及光学性质研究 [J], 虞游;孙健;赵国栋;郑小林;刘以良2.Al-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质 [J], 高小奇;郭志友;张宇飞;曹东兴3.电子化物Li3@calix[4] pyrrole和Li3O@calix[4] pyrrole的结构及非线性光学性质的理论研究 [J], 侯娜;李莹;吴迪;李志儒4.Al掺杂ZnO电子结构及光学性质研究 [J], 虞游;孙健;赵国栋;郑小林;刘以良;5.Al掺杂TiO_2基晶体材料电子结构及光学性质的理论研究 [J], 唐文翰;房慧;李凡生;黄灿胜;余小英;郑鑫;王如志因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。