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W掺杂对β-Ga2O3导电性能影响的理论研究

郑树文 范广涵 何苗 赵灵智

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W掺杂对β-Ga2O3导电性能影响的理论研究

郑树文, 范广涵, 何苗, 赵灵智

Theoretical study of the effect of W-doping on the conductivity of β-Ga2O3

Zheng Shu-Wen, Fan Guang-Han, He Miao, Zhao Ling-Zhi
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  • 采用密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法,对不同W掺杂浓度下β-Ga2O3的导电性能进行研究. 计算了β-Ga2(1-x)W2xO3(x=0,0.0625,0.125)的优化参数、总态密度和能带结构. 结果表明,W掺入β-Ga2O3使Ga2(1-x)W2xO3材料的体积增大,总能量升高,稳定性降低. 当W的掺杂量较小时,其电子迁移率较大,导电性能也很强. 当增加W的掺杂量,Ga2(1-x)W2xO3材料的平均电子有效质量就略有增大,能隙变得越窄,这与实验的变化趋势相一致.
    The conductivity of W-doped β-Ga2O3 is investigated by using the ultra-soft pseudopotential (USP) approach of the plane-wave based upon density functional theory. The optimized structural parameters, total electron density of states, and energy band structures of β-Ga2(1-x)W2xO3 (x=0, 0.0625, 0.125) are calculated. It is found that the volumes are slightly increased and the total energies are going up in the Ga2(1-x)W2xO3 system with increasing W-doping concentration, which causes the system instability. When the W concentration is smaller, the calculated conductivity and electronic mobility are higher, but when the W concentration is increased, the average electron effective mass becomes bigger and the energy gap becomes narrower. The results are consistent with experimental data.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61176043,11204090,61078046)、广东省战略性新兴产业专项资金(批准号:2012A080304016)和华南师范大学青年教师培育基金(批准号:2012KJ018)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61176043, 11204090, 61078046), the Special Funds for Provincial Strategic and Emerging Industries projects of Guangdong, China (Grant No. 2012A080304016), and the Youth Foundation of South China Normal University, China (Grant No. 2012KJ018).
    [1]

    Orita M, Ohta H, Hirano M, Hosono H 2000 Appl. Phys. Lett. 77 4166

    [2]

    Ueda N, Hosono H, Waseda R, Kawazoe H 1997 Appl. Phys. Lett. 70 3561

    [3]

    Varley J B, Weber J R, Janotti A, Van de Walle C G 2010 Appl. Phys. Lett. 97 142106

    [4]

    Orita M, Hiramatsu H, Ohta H, Hirano M, Hosono H 2002 Thin Solid Films 411 134

    [5]

    Shigeo O, Norihito S Z K, Naoki A, Masahiko T, Takamasa S, Kazuo N, Toetsu S 2008 Thin Solid Films 516 5763

    [6]

    Ueda N, Hosono H, Waseda R, Kawazoe H 1997 Appl. Phys. Lett. 70 3561

    [7]

    Yamaga M, Ví llora E G, Shimamura K, Ichinose N, Honda M 2003 Phys. Rev. B 68 155207

    [8]

    Ví llora E G, Shimamura K, Yoshikawa Y, Ujiie T, Aoki K 2008 Appl. Phys. Lett. 92 202120

    [9]

    Zhang Y J, Yan J L, Zhao G, Xie W F 2011 Acta Phys. Sin. 60 037103(in Chinese)[ 张易军, 闫金良, 赵刚, 谢万峰2011 物理学报 60 037103]

    [10]

    Li X F, Zhang Q, Miao W N, Huang L, Zhang Z J 2006 Thin Solid Films 515 2471

    [11]

    Rubio E J, Ramana C V 2013 Appl. Phys. Lett. 102 191913

    [12]

    Dakhel A A 2012 J Mater. Sci. 47 3034

    [13]

    Zhang Y J, Yan J L, Zhao G, Xie W F 2010 Physica B 405 3899

    [14]

    King P D C, McKenzie I, Veal T D 2010 Appl. Phys. Lett. 96 0621101

    [15]

    Orita M, Ohta H, Hirano M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 25

    [16]

    He H Y, Orl,o R, Miguel A, Blanco R P 2006 Phys. Rev. B 74 195123

    [17]

    Geller S 1960 J. Chem. Phys. 33 676

    [18]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. B 136 864

    [19]

    Huang H C, Gilmer G H, Tomas Diaz de la Rubia 1998 J. Appl. Phys. 84 3636

    [20]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [21]

    V,erbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [22]

    Monkhorst H J, Pack J D 1977 Phys. Rev. B 16 1748

    [23]

    Pfrommer B G, Cote M, Louie S G, Cohen M L 1997 J. Comput. Phys. 131 133

    [24]

    Yoshioka S, Hayashi H, Kuwabara A, Matsunaga K, Tanaka I 2007 J. Phys. Condens. Matter 19 346211

    [25]

    Zhao H F, Cao Q X, Li J T 2008 Acta Phys. Sin. 57 5828 (in Chinese) [赵慧芳, 曹全喜, 李建涛 2008 物理学报 57 5828]

    [26]

    Liu E K, Zhu B S, Luo J S 2003 Semiconductor Physics (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) p111, 129 (in Chinese) [刘恩科, 朱秉升, 罗晋生 2003 半导体物理学 (北京:电子工业出版社, 第111, 129页)

    [27]

    Zhang Y, Shao X H, Wang C Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 5652 (in Chinese) [张云, 邵晓红, 王治强 2010 物理学报 59 5652]

    [28]

    He H Y, Orlando R, Blanco M A, Pandey R 2006 Phys. Rev. B 74 195123

    [29]

    Hou Q Y, Zhao C W, Jin Y J, Guan Y Q, Lin L, Li J J 2010 Acta Phys. Sin. 59 4156 (in Chinese) [侯清玉, 赵春旺, 金永军, 关玉琴, 林琳, 李继军 2010 物理学报 59 4156]

  • [1]

    Orita M, Ohta H, Hirano M, Hosono H 2000 Appl. Phys. Lett. 77 4166

    [2]

    Ueda N, Hosono H, Waseda R, Kawazoe H 1997 Appl. Phys. Lett. 70 3561

    [3]

    Varley J B, Weber J R, Janotti A, Van de Walle C G 2010 Appl. Phys. Lett. 97 142106

    [4]

    Orita M, Hiramatsu H, Ohta H, Hirano M, Hosono H 2002 Thin Solid Films 411 134

    [5]

    Shigeo O, Norihito S Z K, Naoki A, Masahiko T, Takamasa S, Kazuo N, Toetsu S 2008 Thin Solid Films 516 5763

    [6]

    Ueda N, Hosono H, Waseda R, Kawazoe H 1997 Appl. Phys. Lett. 70 3561

    [7]

    Yamaga M, Ví llora E G, Shimamura K, Ichinose N, Honda M 2003 Phys. Rev. B 68 155207

    [8]

    Ví llora E G, Shimamura K, Yoshikawa Y, Ujiie T, Aoki K 2008 Appl. Phys. Lett. 92 202120

    [9]

    Zhang Y J, Yan J L, Zhao G, Xie W F 2011 Acta Phys. Sin. 60 037103(in Chinese)[ 张易军, 闫金良, 赵刚, 谢万峰2011 物理学报 60 037103]

    [10]

    Li X F, Zhang Q, Miao W N, Huang L, Zhang Z J 2006 Thin Solid Films 515 2471

    [11]

    Rubio E J, Ramana C V 2013 Appl. Phys. Lett. 102 191913

    [12]

    Dakhel A A 2012 J Mater. Sci. 47 3034

    [13]

    Zhang Y J, Yan J L, Zhao G, Xie W F 2010 Physica B 405 3899

    [14]

    King P D C, McKenzie I, Veal T D 2010 Appl. Phys. Lett. 96 0621101

    [15]

    Orita M, Ohta H, Hirano M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 25

    [16]

    He H Y, Orl,o R, Miguel A, Blanco R P 2006 Phys. Rev. B 74 195123

    [17]

    Geller S 1960 J. Chem. Phys. 33 676

    [18]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. B 136 864

    [19]

    Huang H C, Gilmer G H, Tomas Diaz de la Rubia 1998 J. Appl. Phys. 84 3636

    [20]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [21]

    V,erbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [22]

    Monkhorst H J, Pack J D 1977 Phys. Rev. B 16 1748

    [23]

    Pfrommer B G, Cote M, Louie S G, Cohen M L 1997 J. Comput. Phys. 131 133

    [24]

    Yoshioka S, Hayashi H, Kuwabara A, Matsunaga K, Tanaka I 2007 J. Phys. Condens. Matter 19 346211

    [25]

    Zhao H F, Cao Q X, Li J T 2008 Acta Phys. Sin. 57 5828 (in Chinese) [赵慧芳, 曹全喜, 李建涛 2008 物理学报 57 5828]

    [26]

    Liu E K, Zhu B S, Luo J S 2003 Semiconductor Physics (Beijing: Publishing House of Electronics Industry) p111, 129 (in Chinese) [刘恩科, 朱秉升, 罗晋生 2003 半导体物理学 (北京:电子工业出版社, 第111, 129页)

    [27]

    Zhang Y, Shao X H, Wang C Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 5652 (in Chinese) [张云, 邵晓红, 王治强 2010 物理学报 59 5652]

    [28]

    He H Y, Orlando R, Blanco M A, Pandey R 2006 Phys. Rev. B 74 195123

    [29]

    Hou Q Y, Zhao C W, Jin Y J, Guan Y Q, Lin L, Li J J 2010 Acta Phys. Sin. 59 4156 (in Chinese) [侯清玉, 赵春旺, 金永军, 关玉琴, 林琳, 李继军 2010 物理学报 59 4156]

  • [1] 董肖. P掺杂LiNH2团簇与LiH反应机理的密度泛函理论研究及一种新储放氢机制. 物理学报, 2023, 72(15): 153101. doi: 10.7498/aps.72.20230374
    [2] 李高芳, 殷文, 黄敬国, 崔昊杨, 叶焓静, 高艳卿, 黄志明, 褚君浩. 太赫兹时域光谱技术研究S掺杂GaSe晶体的电导率特性. 物理学报, 2023, 72(4): 047801. doi: 10.7498/aps.72.20221548
    [3] 杜建宾, 张倩, 李奇峰, 唐延林. 基于密度泛函理论的C24H38O4分子外场效应研究. 物理学报, 2018, 67(6): 063102. doi: 10.7498/aps.67.20172022
    [4] 陈美娜, 张蕾, 高慧颖, 宣言, 任俊峰, 林子敬. Sm3+,Sr2+共掺杂对CeO2基电解质性能影响的密度泛函理论+U计算. 物理学报, 2018, 67(8): 088202. doi: 10.7498/aps.67.20172748
    [5] 冯秋菊, 李芳, 李彤彤, 李昀铮, 石博, 李梦轲, 梁红伟. 外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究. 物理学报, 2018, 67(21): 218101. doi: 10.7498/aps.67.20180805
    [6] 代广珍, 蒋先伟, 徐太龙, 刘琦, 陈军宁, 代月花. 密度泛函理论研究氧空位对HfO2晶格结构和电学特性影响. 物理学报, 2015, 64(3): 033101. doi: 10.7498/aps.64.033101
    [7] 杨振清, 白晓慧, 邵长金. (TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究. 物理学报, 2015, 64(7): 077102. doi: 10.7498/aps.64.077102
    [8] 吕瑾, 杨丽君, 王艳芳, 马文瑾. Al2Sn(n=210)团簇结构特征和稳定性的密度泛函理论研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163601. doi: 10.7498/aps.63.163601
    [9] 朱慧群, 李毅, 叶伟杰, 李春波. 花状掺杂W-VO2/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究. 物理学报, 2014, 63(23): 238101. doi: 10.7498/aps.63.238101
    [10] 佟国香, 李毅, 王锋, 黄毅泽, 方宝英, 王晓华, 朱慧群, 梁倩, 严梦, 覃源, 丁杰, 陈少娟, 陈建坤, 郑鸿柱, 袁文瑞. 磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析. 物理学报, 2013, 62(20): 208102. doi: 10.7498/aps.62.208102
    [11] 张蓓, 保安, 陈楚, 张军. ConCm(n=15; m=1,2)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2012, 61(15): 153601. doi: 10.7498/aps.61.153601
    [12] 解晓东, 郝玉英, 章日光, 王宝俊. Li掺杂8-羟基喹啉铝的密度泛函理论研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127201. doi: 10.7498/aps.61.127201
    [13] 张致龙, 陈玉红, 任宝兴, 张材荣, 杜瑞, 王伟超. (HMgN3)n(n=15)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(12): 123601. doi: 10.7498/aps.60.123601
    [14] 刘建军. (Zn,Al)O电子结构第一性原理计算及电导率的分析. 物理学报, 2011, 60(3): 037102. doi: 10.7498/aps.60.037102
    [15] 檀满林, 朱嘉琦, 张化宇, 朱振业, 韩杰才. 硼掺杂对四面体非晶碳膜电导性能的影响. 物理学报, 2008, 57(10): 6551-6556. doi: 10.7498/aps.57.6551
    [16] 陈玉红, 康 龙, 张材荣, 罗永春, 马 军. [Mg(NH2)2]n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2008, 57(8): 4866-4874. doi: 10.7498/aps.57.4866
    [17] 杨凤霞, 张端明, 邓宗伟, 姜胜林, 徐 洁, 李舒丹. 基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响. 物理学报, 2008, 57(6): 3840-3845. doi: 10.7498/aps.57.3840
    [18] 陈玉红, 张材荣, 马 军. MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(1): 171-178. doi: 10.7498/aps.55.171
    [19] 曾振华, 邓辉球, 李微雪, 胡望宇. O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3157-3164. doi: 10.7498/aps.55.3157
    [20] 徐任信, 陈 文, 周 静. 聚合物电导率对0-3型压电复合材料极化性能的影响. 物理学报, 2006, 55(8): 4292-4297. doi: 10.7498/aps.55.4292
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-29
  • 修回日期:  2013-11-21
  • 刊出日期:  2014-03-05

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