高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

侯清玉; 张  跃; 张  涛

doi:10.7498/aps.57.3155

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高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

侯清玉 , 张跃 , 张涛

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高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

侯清玉, 张跃, 张涛

物理学报, 2008, 57(5): 3155-3159.

doi: 10.7498/aps.57.3155

First principle study on the electron life span of degenerate anatase phase TiO2 semi-conductor with high concentration of oxygen vacancies

Hou Qing-Yu, Zhang Yue, Zhang Tao

Acta Phys. Sin., 2008, 57(5): 3155-3159.

doi: 10.7498/aps.57.3155

摘要
为了研究锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法, 用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO2晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算, 表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下, 锐钛矿TiO2的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时，锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度时，发现有莫特相变的现象.

关键词:
高氧空位 /

锐钛矿TiO2半导体 /

电子寿命 /

第一性原理
Abstract
Plane wave ultrasoft pseudopotential technique based on the density functional theory was used to study the effect of high concentration of oxygen vacancies on the electron life span. Using first-principle theory, the structure of anatase TiO2 was optimized, then the state density was calculated. The result showed that at a constant temperature and with high oxygen vacancy concentration, the life span of electrons in anatase TiO2 declines with the increase of the O vacancy concentration, while the electron concentration has no effect on the electron lifes pan. Meanwhile, the Mott phase transformation takes place when the concentration of oxygen vacancies in anatase TiO2 is high.

Keywords:
high concentration of oxygen vacancies /

anatase TiO2 semi-conductor /

life span of electron /

first principles
作者及机构信息
侯清玉,

张跃,

张涛

1.
北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100083

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50436040)资助的课题.
Authors and contacts
Hou Qing-Yu,

Zhang Yue,

Zhang Tao

1.
北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100083
参考文献

施引文献

[1]	丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋. Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析. 物理学报, 2018, 67(21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
[2]	杨亮, 王才壮, 林仕伟, 曹阳. 氧原子在钛晶体中扩散的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(11): 116601. doi: 10.7498/aps.66.116601
[3]	薛丽, 任一鸣. CuGaTe2和CuInTe2的电子和热电性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(15): 156301. doi: 10.7498/aps.65.156301
[4]	潘凤春, 林雪玲, 陈焕铭. C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224218. doi: 10.7498/aps.64.224218
[5]	徐晶, 梁家青, 李红萍, 李长生, 刘孝娟, 孟健. Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 207101. doi: 10.7498/aps.64.207101
[6]	程旭东, 吴海信, 唐小路, 王振友, 肖瑞春, 黄昌保, 倪友保. Na2Ge2Se5电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(18): 184208. doi: 10.7498/aps.63.184208
[7]	谢知, 程文旦. TiO2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 243102. doi: 10.7498/aps.63.243102
[8]	吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
[9]	侯清玉, 乌云格日乐, 赵春旺. 高氧空位浓度对金红石TiO2导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167201. doi: 10.7498/aps.62.167201
[10]	王寅, 冯庆, 王渭华, 岳远霞. 碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2 电子结构与光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(19): 193102. doi: 10.7498/aps.61.193102
[11]	李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺, 张冰. Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167103. doi: 10.7498/aps.61.167103
[12]	李聪, 侯清玉, 张振铎, 张冰. Eu掺杂量对锐钛矿相TiO2电子寿命和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(7): 077102. doi: 10.7498/aps.61.077102
[13]	余本海, 刘墨林, 陈东. 第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质. 物理学报, 2011, 60(8): 087105. doi: 10.7498/aps.60.087105
[14]	何旭, 何林, 唐明杰, 徐明. 第一性原理研究空位点缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 026102. doi: 10.7498/aps.60.026102
[15]	于大龙, 陈玉红, 曹一杰, 张材荣. Li2NH晶体结构建模和电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1991-1996. doi: 10.7498/aps.59.1991
[16]	杨冲, 杨春. Si(001)表面硅氧团簇原子与电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5362-5369. doi: 10.7498/aps.58.5362
[17]	张计划, 丁建文, 卢章辉. Co掺杂MgF2电子结构和光学特性的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1901-1907. doi: 10.7498/aps.58.1901
[18]	刘娜娜, 宋仁伯, 孙翰英, 杜大伟. Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(11): 7145-7150. doi: 10.7498/aps.57.7145
[19]	侯清玉, 张跃, 张涛. 高氧空位浓度对锐钛矿TiO2莫特相变和光谱红移及电子寿命影响的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1862-1866. doi: 10.7498/aps.57.1862
[20]	潘志军, 张澜庭, 吴建生. 掺杂半导体β-FeSi2电子结构及几何结构第一性原理研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5308-5313. doi: 10.7498/aps.54.5308

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物理学报. 2008, 57(5): 3155-3159.

doi: 10.7498/aps.57.3155.

高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

1. 北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100083

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50436040)资助的课题.

收稿日期: 2007-12-21
修回日期: 2008-02-21
刊出日期: 2008-05-28

摘要: 为了研究锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法, 用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO2晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算, 表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下, 锐钛矿TiO2的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时，锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度时，发现有莫特相变的现象.

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高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

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First principle study on the electron life span of degenerate anatase phase TiO2 semi-conductor with high concentration of oxygen vacancies

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