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Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算

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

陈立晶, 李维学, 戴剑锋, 王青
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对ZnO(Mn,N)体系的晶格结构、形成能、态密度以及电荷密度进行了计算和理论研究. 研究结果表明,Mn和N共掺杂ZnO体系具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,更加适合p型掺杂. Mn和N以1:2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,体系中形成双受主能级缺陷,使得杂质固溶度增大,体系中载流子数增多,p型化特征更明显. 此外,研究发现相比于N单掺杂ZnO体系,Mn和N原子共掺杂ZnO体系有更多的杂质态密度穿越费米能级,在导带与价带之间形成更宽的受主N 2p的杂质态,同时空穴有效质量变小. 与Mn-N共掺杂体系相比,Mn-2N共掺杂体系的受主杂质在费米能级附近的态密度更加弥散,非局域化特征明显. 因此,Mn-N共掺杂有望成为p型掺杂的更有效的手段.
    • 基金项目: 甘肃省科技计划(批准号:1010RJZA045)资助的课题.
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    Wang G P, Chu S, Zhan N, Liu Y Q, Chernyak L, Liu J L 2011 Appl. Phys. Lett. 98 041107

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-27
  • 修回日期:  2014-06-05
  • 刊出日期:  2014-10-05

Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算

  • 1. 兰州理工大学, 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 兰州 730050;
  • 2. 兰州理工大学理学院, 兰州 730050
    基金项目: 

    甘肃省科技计划(批准号:1010RJZA045)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对ZnO(Mn,N)体系的晶格结构、形成能、态密度以及电荷密度进行了计算和理论研究. 研究结果表明,Mn和N共掺杂ZnO体系具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,更加适合p型掺杂. Mn和N以1:2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,体系中形成双受主能级缺陷,使得杂质固溶度增大,体系中载流子数增多,p型化特征更明显. 此外,研究发现相比于N单掺杂ZnO体系,Mn和N原子共掺杂ZnO体系有更多的杂质态密度穿越费米能级,在导带与价带之间形成更宽的受主N 2p的杂质态,同时空穴有效质量变小. 与Mn-N共掺杂体系相比,Mn-2N共掺杂体系的受主杂质在费米能级附近的态密度更加弥散,非局域化特征明显. 因此,Mn-N共掺杂有望成为p型掺杂的更有效的手段.

English Abstract

参考文献 (22)

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