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不同濃度的Nd摻雜對氧化鋅的光學(xué)性質(zhì)的影響

點(diǎn)擊次數(shù):54304 更新時間:2017-02-03 01:46:55?? ??來源:http://www.cdmcdjd.com/ 【關(guān)閉
        氧化鋅是一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體,具有電子漂移飽和度高、介電常數(shù)小、導(dǎo)電性能好等特點(diǎn)。近年來,由于稀土元素具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),在實(shí)驗(yàn)上和理論上對稀土摻雜ZnO的光學(xué)性質(zhì)的研究引起人們的廣泛興趣。由于氧化鋅是寬禁帶半導(dǎo)體,成本低,制備工藝簡單。因此,稀土元素?fù)诫s氧化鋅在制備光電器件方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在理論上,Eu摻雜ZnO具有優(yōu)質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)上,Eu摻雜ZnO已經(jīng)被用于平板電視等顯示設(shè)備。 
  通過理論研究發(fā)現(xiàn),不同濃度的稀土元素?fù)诫s氧化鋅可以使得氧化鋅光電性能產(chǎn)生相當(dāng)顯著的變化。然而,理論上對不同濃度Nd摻雜對氧化鋅的光學(xué)性質(zhì)的影響研究甚少。在本文中,基于密度泛函理論通過第一性原理計算主要研究了稀土元素Nd摻雜ZnO的光學(xué)性質(zhì)的研究。首先比較了其中一種摻雜濃度和純凈ZnO體系的介電函數(shù)、吸收系數(shù)和反射系數(shù);接著分析了不同摻雜濃度體系的介電函數(shù);最后,計算了不同摻雜濃度體系的吸收系數(shù)。 
  所有的計算工作都是基于密度泛函理論的第一性原理計算程序即在Vienna Abinit Simulation Package(VASP)代碼完成的。采用的交換關(guān)聯(lián)勢為廣義梯度近似(GGA)。計算參數(shù)設(shè)置情況:采用網(wǎng)格為5×5×3的Monkorst-park特殊k點(diǎn)對整個布里淵區(qū)求和,平面波截斷能為450eV。為了得到可靠的結(jié)果,在結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)上進(jìn)行靜態(tài)計算。 
  晶格常數(shù)a=b=0.3249 nm,c=0.5206 nm,其中c/a為1.602。沿c軸方向的Zn-O鍵長為0.1992 nm,其他方向?yàn)?.1973 nm。在本文中,我們構(gòu)建的純凈ZnO的模型為:pure-ZnO晶體的超晶胞由36個原子組成,是在ZnO原胞基矢方向擴(kuò)展兩個單位得到的3×3×1的超晶胞模型(如圖1a所示)。O、Zn和Nd的價電子分別選取為O2s22p4、Zn3d104s2、和Nd5s25p65d16s2。不同濃度的稀土元素(Nd)摻雜模型如圖1所示。其中,(a)是pure-ZnO為3×3×1超晶胞;(b)是Nd-36為3×3×1超晶胞;(c)是Nd-72為3×3×2超晶胞;(d)是Nd-108為3×3×3超晶胞。 
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