搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Al高掺杂浓度对ZnO导电性能影响的第一性原理研究

侯清玉 赵春旺 李继军 王钢

引用本文:
Citation:

Al高掺杂浓度对ZnO导电性能影响的第一性原理研究

侯清玉, 赵春旺, 李继军, 王钢

Frist principles study of effect of high Al doping concentrationof p-type ZnO on electric conductivity performance

Hou Qing-Yu, Zao Chun-Wang, Li Ji-Jun, Wang Gang
PDF
导出引用
  • 采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在同等环境条件下,建立了未掺杂和三种不同浓度的Al原子取代Zn原子的Zn1-xAlxO模型,然后分别对模型进行了几何结构优化、总态密度分布和能带分布的计算.结果表明:ZnO高掺杂Al的条件下,随掺杂Al原子浓度增大,进入导带的电子增多,电子迁移率减小,电导率减小,导电性能减弱;但是随高掺杂Al的浓度减小,反而使电子迁移率增大,电导率增大,导电性能增强.计算得到的结果与实验中Al原子
    We optimize the geometric structure and calculate total densities of states, band structures, the relative number of electrons and mobility ratios of electrons of ZnO mode established at different concentrations of Al, in the condition of high concentration of Al heavily doped ZnO semiconductor at low temperature, by adopting the ab-initio study of plane wave ultra-soft pseudo potential technique based on the density function theory (DFT). It is found that the relative number of electrons increases, but the mobility ratio of electrons of ZnO decreases, with the concentration of Al increasing. On the contrary, the lower the Al doping concentration, the stronger the conductivity of ZnOis. The conductivity is compared. We can draw a conclusion that the conductivity of ZnO semiconductor decreases with Al doping concentration increasing. The calculation results are consistent with the change trend of experiments with Al concentrations exceeding o.z, i.e., x≥0.02.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11062008),内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(批准号:NJ10073)内蒙古工业大学科学研究计划(批准号:ZD200916),内蒙古自然科学基金(批准号:2010MS0801)资助的课题.
    [1]

    Bae S Y, Na C W, Kang J H, Park J 2005 J. Phys. Chem. B 109 2526

    [2]

    Zhang J K, Deng S H, Jin H, Liu R L 2007 Acta Phys. Sin. 56 5371 (in Chinese) [张金奎、邓胜华、金 慧、刘悦林 2007 物理学报 56 5371]

    [3]

    Hou Q Y, Zhao C W, Jin Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 7136 (in Chinese) [侯清玉、赵春旺、金永军 2009 物理学报 58 7136]

    [4]

    Huang Y H, Zhang Y, Gu Y S, Bai X D, Qi J J, Liao Q L, Liu J 2007 J. Phys. Chem. C 111 9039

    [5]

    Li C, Furuta M, Matsuda T, Hiramatsu T, Furuta H, Hirao T 2009 Thin Solid Films 517 3265

    [6]

    Yamamoto T 2002 Thin Solid Films 420-421 100

    [7]

    Huang X H, Li G H, Duan L, Li L, Dou X C, Zhang L D 2009 Scripta Materialia 60 984

    [8]

    Wang X, Hu P, Li Y F, Yu L J 2007 J. Phys. Chem. C 111 6706

    [9]

    Shan F K, Yu Y S 2003 Thin Solid Films 435 174

    [10]

    Kim Y, Kang S 2009 Materials Letters 63 1065

    [11]

    Lu J G, Fujita S 2007 Journal of Applied Physics 101 083705

    [12]

    Kim H, Gilmore C M, Horwitz J S, Piqué A, Murata H, Kushto G P, Schlaf R, Kafafi Z H, Chrisey D B 2000 Appl. Phys. Lett. 76 259

    [13]

    Park K C, Ma D Y, Kim K H 1997 Thin Solid Films 305 201

    [14]

    Huang Y X, Cao Q X, Li Z M, Li G F, Wang Y P, Wei Y H 2009 Acta Phys. Sin. 58 8002 (in Chinese) [黄云霞、曹全喜、李智敏、李桂芳、王毓鹏、卫云鸽 2009 物理学报 58 8002]

    [15]

    Zhang F C, Deng Z H, Yan J F, Yun J N 2005 Electronic Components & Materlals 24 4 (in Chinese) [张富春、邓周虎、阎军锋、允江妮、张志勇 2005 电子元件与材料 24 4]

    [16]

    Payne M C, Teter M P, Allan D C, Arias T A, Joannopoulos J D 1992 Rev. Mod. Phys. 64 1045

    [17]

    Sorescu M, Diamandescu L, Tarabsanu-Mihaila D, Teodorescu V S 2004 J. Mat. Sci. 39 675

    [18]

    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]

    [19]

    Liu E K, Zhu B S, Luo J S 1998 Semiconductor Physics (Xi'an: Xi an Jiao tong University Press) p98, 123 (in Chinese) [刘恩科、朱秉升、罗晋生 1998 半导体物理(西安:西安交通大学出版社)第98,123页]

    [20]

    Nunes P, Fortunato E, Tonello P, Fernandes F B, Vilarinho P, Martins R 2002 Vacuum 64 281

    [21]

    Lee K E, Wang M S, Kim E J, Hahn S H 2009 Current Applied Physics 9 683

  • [1]

    Bae S Y, Na C W, Kang J H, Park J 2005 J. Phys. Chem. B 109 2526

    [2]

    Zhang J K, Deng S H, Jin H, Liu R L 2007 Acta Phys. Sin. 56 5371 (in Chinese) [张金奎、邓胜华、金 慧、刘悦林 2007 物理学报 56 5371]

    [3]

    Hou Q Y, Zhao C W, Jin Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 7136 (in Chinese) [侯清玉、赵春旺、金永军 2009 物理学报 58 7136]

    [4]

    Huang Y H, Zhang Y, Gu Y S, Bai X D, Qi J J, Liao Q L, Liu J 2007 J. Phys. Chem. C 111 9039

    [5]

    Li C, Furuta M, Matsuda T, Hiramatsu T, Furuta H, Hirao T 2009 Thin Solid Films 517 3265

    [6]

    Yamamoto T 2002 Thin Solid Films 420-421 100

    [7]

    Huang X H, Li G H, Duan L, Li L, Dou X C, Zhang L D 2009 Scripta Materialia 60 984

    [8]

    Wang X, Hu P, Li Y F, Yu L J 2007 J. Phys. Chem. C 111 6706

    [9]

    Shan F K, Yu Y S 2003 Thin Solid Films 435 174

    [10]

    Kim Y, Kang S 2009 Materials Letters 63 1065

    [11]

    Lu J G, Fujita S 2007 Journal of Applied Physics 101 083705

    [12]

    Kim H, Gilmore C M, Horwitz J S, Piqué A, Murata H, Kushto G P, Schlaf R, Kafafi Z H, Chrisey D B 2000 Appl. Phys. Lett. 76 259

    [13]

    Park K C, Ma D Y, Kim K H 1997 Thin Solid Films 305 201

    [14]

    Huang Y X, Cao Q X, Li Z M, Li G F, Wang Y P, Wei Y H 2009 Acta Phys. Sin. 58 8002 (in Chinese) [黄云霞、曹全喜、李智敏、李桂芳、王毓鹏、卫云鸽 2009 物理学报 58 8002]

    [15]

    Zhang F C, Deng Z H, Yan J F, Yun J N 2005 Electronic Components & Materlals 24 4 (in Chinese) [张富春、邓周虎、阎军锋、允江妮、张志勇 2005 电子元件与材料 24 4]

    [16]

    Payne M C, Teter M P, Allan D C, Arias T A, Joannopoulos J D 1992 Rev. Mod. Phys. 64 1045

    [17]

    Sorescu M, Diamandescu L, Tarabsanu-Mihaila D, Teodorescu V S 2004 J. Mat. Sci. 39 675

    [18]

    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]

    [19]

    Liu E K, Zhu B S, Luo J S 1998 Semiconductor Physics (Xi'an: Xi an Jiao tong University Press) p98, 123 (in Chinese) [刘恩科、朱秉升、罗晋生 1998 半导体物理(西安:西安交通大学出版社)第98,123页]

    [20]

    Nunes P, Fortunato E, Tonello P, Fernandes F B, Vilarinho P, Martins R 2002 Vacuum 64 281

    [21]

    Lee K E, Wang M S, Kim E J, Hahn S H 2009 Current Applied Physics 9 683

  • [1] 高云亮, 朱芫江, 李进平. Al辐照损伤初期的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(5): 057104. doi: 10.7498/aps.66.057104
    [2] 贾晓芳, 侯清玉, 赵春旺. 采用第一性原理研究钼掺杂浓度对ZnO物性的影响. 物理学报, 2017, 66(6): 067401. doi: 10.7498/aps.66.067401
    [3] 曲灵丰, 侯清玉, 许镇潮, 赵春旺. Ti掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(15): 157201. doi: 10.7498/aps.65.157201
    [4] 陈立晶, 李维学, 戴剑锋, 王青. Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(19): 196101. doi: 10.7498/aps.63.196101
    [5] 侯清玉, 吕致远, 赵春旺. V高掺杂量对ZnO(GGA+U)导电性能和吸收光谱影响的研究. 物理学报, 2014, 63(19): 197102. doi: 10.7498/aps.63.197102
    [6] 李万俊, 方亮, 秦国平, 阮海波, 孔春阳, 郑继, 卞萍, 徐庆, 吴芳. Ag-N共掺p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167701. doi: 10.7498/aps.62.167701
    [7] 李屹同, 沈谅平, 王浩, 汪汉斌. 水基ZnO纳米流体电导和热导性能研究 . 物理学报, 2013, 62(12): 124401. doi: 10.7498/aps.62.124401
    [8] 侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037101. doi: 10.7498/aps.62.037101
    [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] 姚光锐, 范广涵, 郑树文, 马佳洪, 陈峻, 章勇, 李述体, 宿世臣, 张涛. 第一性原理研究Te-N共掺p型ZnO. 物理学报, 2012, 61(17): 176105. doi: 10.7498/aps.61.176105
    [11] 侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167102. doi: 10.7498/aps.61.167102
    [12] 侯清玉, 马文, 迎春. Ga/N高共掺浓度对ZnO导电性能和红移影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017103. doi: 10.7498/aps.61.017103
    [13] 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
    [14] 侯清玉, 赵春旺, 金永军, 关玉琴, 林琳, 李继军. ZnO高掺杂Ga的浓度对导电性能和红移效应影响的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4156-4161. doi: 10.7498/aps.59.4156
    [15] 黄云霞, 曹全喜, 李智敏, 李桂芳, 王毓鹏, 卫云鸽. Al掺杂ZnO粉体的第一性原理计算及微波介电性质. 物理学报, 2009, 58(11): 8002-8007. doi: 10.7498/aps.58.8002
    [16] 关丽, 李强, 赵庆勋, 郭建新, 周阳, 金利涛, 耿波, 刘保亭. Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5624-5631. doi: 10.7498/aps.58.5624
    [17] 侯清玉, 赵春旺, 金永军. Al-2N高共掺浓度对ZnO半导体导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7136-7140. doi: 10.7498/aps.58.7136
    [18] 侯清玉, 张 跃, 陈 粤, 尚家香, 谷景华. 锐钛矿(TiO2)半导体的氧空位浓度对导电性能影响的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(1): 438-442. doi: 10.7498/aps.57.438
    [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] 蒋吉昊, 王桂吉, 杨 宇. 一种测量金属电爆炸过程中电导率的新方法. 物理学报, 2008, 57(2): 1123-1127. doi: 10.7498/aps.57.1123
计量
  • 文章访问数:  6306
  • PDF下载量:  949
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-04-27
  • 修回日期:  2010-07-16
  • 刊出日期:  2011-02-05

Al高掺杂浓度对ZnO导电性能影响的第一性原理研究

  • 1. 内蒙古工业大学理学院物理系,呼和浩特 010051
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11062008),内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(批准号:NJ10073)内蒙古工业大学科学研究计划(批准号:ZD200916),内蒙古自然科学基金(批准号:2010MS0801)资助的课题.

摘要: 采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在同等环境条件下,建立了未掺杂和三种不同浓度的Al原子取代Zn原子的Zn1-xAlxO模型,然后分别对模型进行了几何结构优化、总态密度分布和能带分布的计算.结果表明:ZnO高掺杂Al的条件下,随掺杂Al原子浓度增大,进入导带的电子增多,电子迁移率减小,电导率减小,导电性能减弱;但是随高掺杂Al的浓度减小,反而使电子迁移率增大,电导率增大,导电性能增强.计算得到的结果与实验中Al原子

English Abstract

参考文献 (21)

目录

    /

    返回文章
    返回