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铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究

王平 郭立新 杨银堂 张志勇

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铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究

王平, 郭立新, 杨银堂, 张志勇

First-principles study on electronic structures of Al, N Co-doped ZnO nanotubes

Wang Ping, Guo Li-Xin, Yang Yin-Tang, Zhang Zhi-Yong
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 对(6,0)单壁氧化锌纳米管、铝掺杂、氮掺杂和铝氮共掺杂纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度进行了研究. 结果表明, 氮掺杂可以在纳米管禁带中引入受主能级, 实现纳米管的p型掺杂, 但是受主能级局域性较强, 导致氮溶解度低. 引入铝元素可以有效降低氮形成受主能级局域性, 激活氮元素, 铝氮共掺杂有望成为氧化锌纳米管一种更为有效的p型掺杂方法.
    By using first principles calculation based on density functional theory, band structures, densities of states and electron density differences for an ideal (6, 0) ZnO nanotube (ZnONT), Al doped, N doped and Al, N co-doped nanotubes are investigated. The calculated results reveal that the doped nitrogen atom results in the formation of acceptor level in the band gap of the ZnONT, which indicates that the doped nanotube has the characteristic of a p-type semiconductor. While the high locality of the acceptor level leads to a lower solubility for the doped nitrogen atoms, the acceptor level is broadened and shows delocalizing characteristics in nanotube with Al, N co-doped. This co-doping may be an efficient method of preparing p-type ZnONTs.
    • 基金项目: 中国博士后科学基金特别资助项目 (批准号: 201104659)、中国博士后科学基金面上项目 (批准号: 20100481322)、国家重点实验室人才基金 (批准号: 1003006)和中央高校基本科研业务费专项基金 (批准号: K50511010023)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the China Postdoctoral Science Special Foundation (Grant No. 201104659), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 20100481322), the Foundation of State Key Lab on Integrated Service Networks (Grant No. ISN1003006), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Grant No. K50511010023).
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-24
  • 修回日期:  2012-10-12
  • 刊出日期:  2013-03-05

铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究

  • 1. 综合业务网及关键技术国家重点实验室, 西安电子科技大学通信工程学院, 西安 710071;
  • 2. 西安电子科技大学理学院, 西安 710071;
  • 3. 西安电子科技大学微电子学院, 西安 710071;
  • 4. 西北大学信息科学与技术学院, 西安 710127
    基金项目: 中国博士后科学基金特别资助项目 (批准号: 201104659)、中国博士后科学基金面上项目 (批准号: 20100481322)、国家重点实验室人才基金 (批准号: 1003006)和中央高校基本科研业务费专项基金 (批准号: K50511010023)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 对(6,0)单壁氧化锌纳米管、铝掺杂、氮掺杂和铝氮共掺杂纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度进行了研究. 结果表明, 氮掺杂可以在纳米管禁带中引入受主能级, 实现纳米管的p型掺杂, 但是受主能级局域性较强, 导致氮溶解度低. 引入铝元素可以有效降低氮形成受主能级局域性, 激活氮元素, 铝氮共掺杂有望成为氧化锌纳米管一种更为有效的p型掺杂方法.

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