N掺杂Cu_2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

采用射频磁控溅射技术,在不同温度下制备了N掺杂Cu_2O薄膜.透射光谱分析发现,N掺杂导致Cu_2O成为允许的带隙直接跃迁半导体,并使Cu_2O的光学禁带宽度增加.不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度E_g=2.52±0.03 eV.第一性原理计算表明,N掺杂导致Cu_2O的禁带宽度增加了约25%,主要与价带顶下移和导带底上移有关,与实验报道基本符合.N的2p电子态分布不同于O原子,在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu_2O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因.

掺Cd氧化锌的电子结构及相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论结合投影缀加平面波方法的VASP软件包,在考虑所有掺杂原子构型的前提下,对Cd掺杂ZnO合金的晶格常数、禁带宽度、电子态密度和形成焓进行了计算,分析了Cd含量和掺杂原子构型对纤锌矿wz-Zn1-xCdxO合金的电子结构和结构稳定性的影响.计算结果表明:随着Cd含量的不断增加,纤锌矿ZnCdO合金的平均晶格常数a,c均线性增加,但c/a的比值不会发生显著的变化;纤锌矿ZnCdO合金的能带宽度随着Cd含量增加而减小,满足Eg(x)=3.28-5.04x+4.60x2,与实验结果相符合.但是,不同掺杂原子构型的禁带宽度之间存在比较明显的差异,是ZnCdO合金PL光谱宽化的重要因素之一;Cd掺杂导致纤锌矿ZnCdO合金的导带电子态密度分布整体向低能方向移动,引起带隙宽度变小;Cd的5s电子态是能带窄化的主要贡献;纤锌矿、闪锌矿和熔岩矿三种相结构的ZnCdO合金形成焓对比分析发现:当CdO掺杂比例在0.25—0.75的范围内时,纤锌矿和闪锌矿ZnCdO存在共生的可能;当CdO掺杂比例达到0.75时,ZnCdO合金开始发生从纤锌矿结构到熔岩矿的结构相变.