搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

表面效应对Li掺杂的ZnO薄膜材料p型电导的影响

司杭 何海燕 潘必才

表面效应对Li掺杂的ZnO薄膜材料p型电导的影响

司杭, 何海燕, 潘必才
PDF
导出引用
  • 利用第一性原理的方法研究了在ZnO非极性表面和极性表面的不同原子层中, 分别用Li原子去替位Zn原子(记为LiZn)后的相对稳定性和热离化能. 计算结果表明LiZn处于ZnO表面区域时的稳定性优于在ZnO体中时的稳定性, 并且LiZn在表面区域的热离化能要比它在体结构中的热离化能大很多, 于是, ZnO表面效应的存在会使Li掺杂的ZnO薄膜材料的p型导电能力大幅度降低. 这个结果对低维ZnO体系p型掺杂有着重要的指导意义. 我们进一步发现, 在不同的ZnO表面区域里LiZn的热离化能会表现出很大的差异是源于不同的表面具有不同的静电势分布.
    • 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20093402110029)和国家自然科学基金(批准号: 2009CB939901)资助的课题.
    [1]

    Chang Y L, Zhang Q F, Sun H W, Jing L 2007 Acta Phys. Sin. 56 2399 (in Chinese) [常艳玲, 张琦锋, 孙晖吴, 锦雷 2007 物理学报 56 2399]

    [2]

    Yang J J, Fang Q Q,Wang B M, Wang C P, Zhou J, Li Y, Liu Y M, Lu Q R 2007 Acta Phys. Sin. 56 1116 (in Chinese) [杨景景, 方庆清, 王保明, 王翠平, 周军, 李雁, 刘艳美, 吕庆荣 2007 物理学报 56 1116]

    [3]

    Look D C 2001 Mater. Sci. Eng. B 80 383

    [4]

    Look D C, Claflin B, Alivov Y I, Park S J 2004 Phys. Stat. Sol. (a) 201 2203

    [5]

    Huang M H, Mao S, Feick H, Yan H, Wu Y, Kind H, Weber E, Russo R, Yang P D 2001 Science 292 1897

    [6]

    Law M, Greene L E, Johnson J C, Saykally R, Yang P D 2005 Nature Materials 4 455

    [7]

    Komatsu M, Ohashi N, Sakaguchi I, Hishita S, Haneda H 2002 Appl. Surf. Sci. 189 349

    [8]

    Vandewalle C G 2000 Phys. Rev. Lett. 85 1012

    [9]

    Zhang S B, Wei, S H, Zunger A 2001 Phys. Rev. B 63 075205

    [10]

    Look D C, Farlow G C, Reunchan P, Limpijumnong S, Zhang S B, Nordlund K 2005 Phys. Rev. Lett. 95 225502

    [11]

    Janotti A, Vandewalle C G 2007 Phys. Rev. B 76 165202

    [12]

    Oba F, Togo A, Tanaka I, Paier J, Kresse G 2008 Phys. Rev. B 77 245202

    [13]

    Kim Y S, Park C H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 086403

    [14]

    Meyer B, Marx D 2003 Phys. Rev. B 67 035403

    [15]

    Meyer B, Marx D 2004 Phys. Rev. B 69 235420

    [16]

    Look D C, Mosbacker H L, Strzhemechny Y M, Brillson L J 2005 Superlattices Microstruct 38 406

    [17]

    Look D C 2007 Surf. Sci. 601 5315

    [18]

    Chambers S A 2007 Surf. Sci. 601 5313

    [19]

    Schmidt O, Kiesel P, Ehrentraut D, Fukuda T, Johnson N M 2007 Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process 88 71

    [20]

    Allen M W, Swartz C H, Myers T H, Veal T D, Mcconville C F, Durbin1 S M 2010 Phys. Rev. B 81 075211

    [21]

    Pashley M D 1989 Phys. Rev. B 40 10481

    [22]

    Chadi D J 1987 J. Vac. Sci. Technol. A 5 834

    [23]

    Duke C B 1996 Chem. Rev. 96 1237

    [24]

    Zhang L, Wang E G, Xue Q K, Zhang S B, Zhang Z 2006 Phys. Rev. Lett. 97 126103

    [25]

    Ordejon P , Artacho E, Soler J M 1996 Phys. Rev. B 53 R10441

    [26]

    Sanchezportal D, Ordejon P, Artacho E, Soler J M 1997 Int. J. Quantum Chem. 65 453

    [27]

    Soler J M, Artacho E, Gale J D, Garcia A, Junquera J, Ordejon P, Sanchezportal D 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2745

    [28]

    Troullier N, Martins J L 1993 Phys. Rev. B 43 1991

    [29]

    L. Kleinman and D. M. Bylander 1982 Phys. Rev. Lett. 48 1425

    [30]

    Bylander D M, Kleinman L 1990 Phys. Rev. B 41 907

    [31]

    Perdew J P, Zunger A 1981 Phys. Rev. B 23 5048

    [32]

    Vandewalle C G, Neugebauer J 2004 J. Appl. Phys. 95 3851

    [33]

    Park C H, Zhang S B, Wei S H 2002 Phys. Rev. B 66 073202

    [34]

    Wardle M G, Goss J P, Briddon P R 2005 Phys. Rev. B 71 155205

  • [1]

    Chang Y L, Zhang Q F, Sun H W, Jing L 2007 Acta Phys. Sin. 56 2399 (in Chinese) [常艳玲, 张琦锋, 孙晖吴, 锦雷 2007 物理学报 56 2399]

    [2]

    Yang J J, Fang Q Q,Wang B M, Wang C P, Zhou J, Li Y, Liu Y M, Lu Q R 2007 Acta Phys. Sin. 56 1116 (in Chinese) [杨景景, 方庆清, 王保明, 王翠平, 周军, 李雁, 刘艳美, 吕庆荣 2007 物理学报 56 1116]

    [3]

    Look D C 2001 Mater. Sci. Eng. B 80 383

    [4]

    Look D C, Claflin B, Alivov Y I, Park S J 2004 Phys. Stat. Sol. (a) 201 2203

    [5]

    Huang M H, Mao S, Feick H, Yan H, Wu Y, Kind H, Weber E, Russo R, Yang P D 2001 Science 292 1897

    [6]

    Law M, Greene L E, Johnson J C, Saykally R, Yang P D 2005 Nature Materials 4 455

    [7]

    Komatsu M, Ohashi N, Sakaguchi I, Hishita S, Haneda H 2002 Appl. Surf. Sci. 189 349

    [8]

    Vandewalle C G 2000 Phys. Rev. Lett. 85 1012

    [9]

    Zhang S B, Wei, S H, Zunger A 2001 Phys. Rev. B 63 075205

    [10]

    Look D C, Farlow G C, Reunchan P, Limpijumnong S, Zhang S B, Nordlund K 2005 Phys. Rev. Lett. 95 225502

    [11]

    Janotti A, Vandewalle C G 2007 Phys. Rev. B 76 165202

    [12]

    Oba F, Togo A, Tanaka I, Paier J, Kresse G 2008 Phys. Rev. B 77 245202

    [13]

    Kim Y S, Park C H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 086403

    [14]

    Meyer B, Marx D 2003 Phys. Rev. B 67 035403

    [15]

    Meyer B, Marx D 2004 Phys. Rev. B 69 235420

    [16]

    Look D C, Mosbacker H L, Strzhemechny Y M, Brillson L J 2005 Superlattices Microstruct 38 406

    [17]

    Look D C 2007 Surf. Sci. 601 5315

    [18]

    Chambers S A 2007 Surf. Sci. 601 5313

    [19]

    Schmidt O, Kiesel P, Ehrentraut D, Fukuda T, Johnson N M 2007 Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process 88 71

    [20]

    Allen M W, Swartz C H, Myers T H, Veal T D, Mcconville C F, Durbin1 S M 2010 Phys. Rev. B 81 075211

    [21]

    Pashley M D 1989 Phys. Rev. B 40 10481

    [22]

    Chadi D J 1987 J. Vac. Sci. Technol. A 5 834

    [23]

    Duke C B 1996 Chem. Rev. 96 1237

    [24]

    Zhang L, Wang E G, Xue Q K, Zhang S B, Zhang Z 2006 Phys. Rev. Lett. 97 126103

    [25]

    Ordejon P , Artacho E, Soler J M 1996 Phys. Rev. B 53 R10441

    [26]

    Sanchezportal D, Ordejon P, Artacho E, Soler J M 1997 Int. J. Quantum Chem. 65 453

    [27]

    Soler J M, Artacho E, Gale J D, Garcia A, Junquera J, Ordejon P, Sanchezportal D 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2745

    [28]

    Troullier N, Martins J L 1993 Phys. Rev. B 43 1991

    [29]

    L. Kleinman and D. M. Bylander 1982 Phys. Rev. Lett. 48 1425

    [30]

    Bylander D M, Kleinman L 1990 Phys. Rev. B 41 907

    [31]

    Perdew J P, Zunger A 1981 Phys. Rev. B 23 5048

    [32]

    Vandewalle C G, Neugebauer J 2004 J. Appl. Phys. 95 3851

    [33]

    Park C H, Zhang S B, Wei S H 2002 Phys. Rev. B 66 073202

    [34]

    Wardle M G, Goss J P, Briddon P R 2005 Phys. Rev. B 71 155205

  • [1] 杨银堂, 武 军, 丁瑞雪, 宋久旭, 石立春, 蔡玉荣. p型K:ZnO导电机理的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7151-7156. doi: 10.7498/aps.57.7151
    [2] 侯清玉, 赵春旺, 李继军, 王钢. Al高掺杂浓度对ZnO导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047104. doi: 10.7498/aps.60.047104
    [3] 张金奎, 邓胜华, 金 慧, 刘悦林. ZnO电子结构和p型传导特性的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5371-5375. doi: 10.7498/aps.56.5371
    [4] 姚光锐, 范广涵, 郑树文, 马佳洪, 陈峻, 章勇, 李述体, 宿世臣, 张涛. 第一性原理研究Te-N共掺p型ZnO. 物理学报, 2012, 61(17): 176105. doi: 10.7498/aps.61.176105
    [5] 李万俊, 方亮, 秦国平, 阮海波, 孔春阳, 郑继, 卞萍, 徐庆, 吴芳. Ag-N共掺p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167701. doi: 10.7498/aps.62.167701
    [6] 邓胜华, 姜志林. F, Na共掺杂p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(7): 077101. doi: 10.7498/aps.63.077101
    [7] 陈立晶, 李维学, 戴剑锋, 王青. Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(19): 196101. doi: 10.7498/aps.63.196101
    [8] 李琦, 范广涵, 熊伟平, 章勇. ZnO 极性表面及其N原子吸附机理的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4170-4177. doi: 10.7498/aps.59.4170
    [9] 侯清玉, 赵春旺, 金永军, 关玉琴, 林琳, 李继军. ZnO高掺杂Ga的浓度对导电性能和红移效应影响的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4156-4161. doi: 10.7498/aps.59.4156
    [10] 陈 琨, 范广涵, 章 勇, 丁少锋. In-N共掺杂ZnO第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(5): 3138-3147. doi: 10.7498/aps.57.3138
    [11] 陈 琨, 范广涵, 章 勇. Mn掺杂ZnO光学特性的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(2): 1054-1060. doi: 10.7498/aps.57.1054
    [12] 黄云霞, 曹全喜, 李智敏, 李桂芳, 王毓鹏, 卫云鸽. Al掺杂ZnO粉体的第一性原理计算及微波介电性质. 物理学报, 2009, 58(11): 8002-8007. doi: 10.7498/aps.58.8002
    [13] 关丽, 李强, 赵庆勋, 郭建新, 周阳, 金利涛, 耿波, 刘保亭. Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5624-5631. doi: 10.7498/aps.58.5624
    [14] 肖振林, 史力斌. 利用第一性原理研究Ni掺杂ZnO铁磁性起源. 物理学报, 2011, 60(2): 027502. doi: 10.7498/aps.60.027502
    [15] 李泓霖, 张仲, 吕英波, 黄金昭, 张英, 刘如喜. 第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质. 物理学报, 2013, 62(4): 047101. doi: 10.7498/aps.62.047101
    [16] 何静芳, 郑树凯, 周鹏力, 史茹倩, 闫小兵. Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(4): 046301. doi: 10.7498/aps.63.046301
    [17] 曲灵丰, 侯清玉, 许镇潮, 赵春旺. Ti掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(15): 157201. doi: 10.7498/aps.65.157201
    [18] 侯清玉, 李勇, 赵春旺. Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067202. doi: 10.7498/aps.66.067202
    [19] 贾晓芳, 侯清玉, 赵春旺. 采用第一性原理研究钼掺杂浓度对ZnO物性的影响. 物理学报, 2017, 66(6): 067401. doi: 10.7498/aps.66.067401
    [20] 赵慧芳, 曹全喜, 李建涛. N,Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5828-5832. doi: 10.7498/aps.57.5828
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  2019
  • PDF下载量:  464
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-05
  • 修回日期:  2011-12-28
  • 刊出日期:  2012-08-05

表面效应对Li掺杂的ZnO薄膜材料p型电导的影响

  • 1. 中国科学技术大学物理系, 合肥 230026;
  • 2. 合肥微尺度物质科学国家实验室(筹), 合肥 230026
    基金项目: 

    高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20093402110029)和国家自然科学基金(批准号: 2009CB939901)资助的课题.

摘要: 利用第一性原理的方法研究了在ZnO非极性表面和极性表面的不同原子层中, 分别用Li原子去替位Zn原子(记为LiZn)后的相对稳定性和热离化能. 计算结果表明LiZn处于ZnO表面区域时的稳定性优于在ZnO体中时的稳定性, 并且LiZn在表面区域的热离化能要比它在体结构中的热离化能大很多, 于是, ZnO表面效应的存在会使Li掺杂的ZnO薄膜材料的p型导电能力大幅度降低. 这个结果对低维ZnO体系p型掺杂有着重要的指导意义. 我们进一步发现, 在不同的ZnO表面区域里LiZn的热离化能会表现出很大的差异是源于不同的表面具有不同的静电势分布.

English Abstract

参考文献 (34)

目录

    /

    返回文章
    返回