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In-2N高共掺位向对ZnO(GGA+U)导电性能影响的研究

侯清玉 乌云 赵春旺

In-2N高共掺位向对ZnO(GGA+U)导电性能影响的研究

侯清玉, 乌云, 赵春旺
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  • 目前,虽然In和2N共掺对ZnO导电性能影响的实验研究均有报道,但是,In和2N共掺在ZnO中均是随机掺杂,没有考虑利用ZnO的单极性结构进行择优位向共掺. 第一性原理的出现能够解决该问题. 因此,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,计算了未掺杂ZnO单胞、不同位向高共掺In-2N原子的Zn1-xInxO1-yNy(x= 0.0625,y=0.125)两种超胞模型的能带结构分布、态密度分布和吸收光谱分布. 计算结果表明,高共掺In-N原子沿c轴取向成键的条件下,掺杂浓度越低,体系更稳定、带隙越窄、有效质量越小、迁移率越增加、相对自由空穴浓度越增加、电导率越增加、导电性能越理想. 计算结果与实验结果相一致. 这对设计和制备导电功能材料有一定的理论指导作用.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61366008,51261017)、教育部“春晖计划”资助项目和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.
    [1]

    Bae S Y, Na C W, Kang J H, Park J 2005 J Phys. Chem. B 109 2526

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    Badeker K 1907 Ann. Phys. (LeiPzig) 22 749

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    Hao X T, Ma J, Zhang D H, Yang Y G, Ma H L, Cheng C F, Liu X D 2002 Mat. Sei. Eng. B 90 50

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    Bian J M, Li X M, Chen L D, Yao Q 2004 Chem. Phys. Lett. 393 256

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    Chen L L, Ye Z Z, Lu J G, Chu P K 2006 App. Phys. Lett. 89 252113

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    Yamamoto T, Yoshida H K 1999 Jpn. J. Appl. Phys. 38 L166

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    Schleife A, Fuchs F, Furthmller J 2006 J. Phys. Rev. B 73 245212

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    [2] 侯清玉, 乌云, 赵春旺. 重氧空位对金红石型和锐钛矿型TiO2导电性能影响的模拟计算. 物理学报, 2013, 62(23): 237101. doi: 10.7498/aps.62.237101
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    [5] 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
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    [8] 王永贞, 徐朝鹏, 张文秀, 张欣, 王倩, 张磊. Ge掺杂对InI导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(23): 237101. doi: 10.7498/aps.63.237101
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    [10] 彭丽萍, 尹建武, 徐 凌. N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1585-1589. doi: 10.7498/aps.56.1585
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-11
  • 修回日期:  2014-03-24
  • 刊出日期:  2014-07-05

In-2N高共掺位向对ZnO(GGA+U)导电性能影响的研究

  • 1. 内蒙古工业大学理学院物理系, 呼和浩特 010051;
  • 2. 内蒙古化工职业学院化学工程系, 呼和浩特 010071
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61366008,51261017)、教育部“春晖计划”资助项目和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.

摘要: 目前,虽然In和2N共掺对ZnO导电性能影响的实验研究均有报道,但是,In和2N共掺在ZnO中均是随机掺杂,没有考虑利用ZnO的单极性结构进行择优位向共掺. 第一性原理的出现能够解决该问题. 因此,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,计算了未掺杂ZnO单胞、不同位向高共掺In-2N原子的Zn1-xInxO1-yNy(x= 0.0625,y=0.125)两种超胞模型的能带结构分布、态密度分布和吸收光谱分布. 计算结果表明,高共掺In-N原子沿c轴取向成键的条件下,掺杂浓度越低,体系更稳定、带隙越窄、有效质量越小、迁移率越增加、相对自由空穴浓度越增加、电导率越增加、导电性能越理想. 计算结果与实验结果相一致. 这对设计和制备导电功能材料有一定的理论指导作用.

English Abstract

参考文献 (22)

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