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N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

濮春英 李洪婧 唐鑫 张庆瑜

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N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

濮春英, 李洪婧, 唐鑫, 张庆瑜

Optical properties of N-doped Cu2O films and relevant analysis with first-principles calculations

Pu Chun-Ying, Li Hong-Jing, Tang Xin, Zhang Qing-Yu
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  • 采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu2O薄膜.透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu2O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu2O的光学禁带宽度增加.不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度Eg=2.52± 0.03 eV.第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu2O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合.N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu2O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因.
    N-doped Cu2O films are deposited at different temperatures by sputtering a CuO target in the mixture of Ar and N2. By the analysis of transmission spectra, it is found that the N-doped Cu2O films are changed into a direct allowed band-gap semiconductor and the optical band gap energy is enlarged to 2.52±0.03 eV for the films deposited at different temperatures. The first-principles calculations indicate that the energy band gap increase by 25%, which is in good agreement with the experimental result. The change from a direct forbidden band-gap transition to a direct allowed band-gap transition can be attributed to the occupation of 2p electrons of N at the top of valence band in the N-doped Cu2O film.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10904021)和国家重点基础研究发展计划(批准号: 2007CB616902)资助的课题.
    • Funds: Projected supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10904021), and the Key Basic Research Project from the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2007CB616902).
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-04-14
  • 修回日期:  2011-06-18
  • 刊出日期:  2012-02-05

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