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Cu离子注入单晶TiO2微结构及光学性质的模拟研究

刘欢 李公平 许楠楠 林俏露 杨磊 王苍龙

Cu离子注入单晶TiO2微结构及光学性质的模拟研究

刘欢, 李公平, 许楠楠, 林俏露, 杨磊, 王苍龙
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  • TiO2是一种新型的第三代半导体材料,具有重要的应用价值.Cu离子掺杂单晶金红石TiO2,可以改善TiO2对光谱的响应范围,提高转化效率.本文利用第一性原理分别研究了Cu离子填隙、Cu替代Ti、氧空位、钛空位以及含有复合缺陷时金红石TiO2结构及其相应光学性质的变化.结果表明,金红石的价带顶主要由O 2p轨道贡献,导带底主要由Ti 3d轨道贡献;掺杂Cu离子后会在能隙中产生两条新的杂质能级;Ti空位使得晶体费米能量降低,在价带顶产生新能级;O空位使得费米能量升高,在导带底产生新能级,表现出n型半导体性质.通过对含有复合缺陷的晶体电子结构的分析,得到同时含有O空位和Cu填隙时对晶体在可见光范围的吸收影响最大.
      通信作者: 李公平, ligp@lzu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11575074)和中央高校基本科研业务费(批准号:lzujbky-2015-240)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-27
  • 修回日期:  2016-07-05
  • 刊出日期:  2016-10-05

Cu离子注入单晶TiO2微结构及光学性质的模拟研究

  • 1. 兰州大学核科学与技术学院, 兰州 730000;
  • 2. 中国科学院近代物理研究所, 兰州 730000
  • 通信作者: 李公平, ligp@lzu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11575074)和中央高校基本科研业务费(批准号:lzujbky-2015-240)资助的课题.

摘要: TiO2是一种新型的第三代半导体材料,具有重要的应用价值.Cu离子掺杂单晶金红石TiO2,可以改善TiO2对光谱的响应范围,提高转化效率.本文利用第一性原理分别研究了Cu离子填隙、Cu替代Ti、氧空位、钛空位以及含有复合缺陷时金红石TiO2结构及其相应光学性质的变化.结果表明,金红石的价带顶主要由O 2p轨道贡献,导带底主要由Ti 3d轨道贡献;掺杂Cu离子后会在能隙中产生两条新的杂质能级;Ti空位使得晶体费米能量降低,在价带顶产生新能级;O空位使得费米能量升高,在导带底产生新能级,表现出n型半导体性质.通过对含有复合缺陷的晶体电子结构的分析,得到同时含有O空位和Cu填隙时对晶体在可见光范围的吸收影响最大.

English Abstract

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