ZnTe半导体合金的第一性原理计算及其薄膜制备的研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:niehaibin
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在过去的十几年,人们对具有宽禁带的II-VI族半导体的制备、基础理论研究、光电学性质产生浓厚的兴趣。其中,碲化锌(ZnTe)是一种具有闪锌矿结构的直接带隙宽禁带半导体材料,室温下其禁带宽度为2.2-2.3 eV,可以广泛的应用在光电子器件,比如:绿光LED、电光探测器、太阳能电池。本文中采用恒电流电沉积的方法,在ITO透明导电玻璃上制备ZnTe薄膜,并对制备出的ZnTe薄膜进行表征,研究了不同组分的沉积液对薄膜的电子结构、表面形貌及光电学性质的影响。目前,这种ZnTe薄膜材料是很容易进行p型掺杂,但不尽如人意的是它很难实现n型掺杂。这样就严重地阻碍了ZnTe在光电子材料器件方面的应用。我们采用基于密度泛函理论的第一性原理能带结构方法和特殊准随机结构(SQS)模型,利用HSE06方程计算并阐述了三元合金R(Sn,Pb)_xZn(1-x)Te实现双向掺杂的可能性。结果显示合金的能带弯曲因子和禁带宽度都十分敏感的依赖与组分x的变化而变化。Pb(Sn)最外层p轨道和Zn的4s轨道波函数完全交叠,导带表现出明显的趋局域化,并且发现二者发生耦合的效果,随组分x的增加而增强。从而导致了合金的导带边随着组分x的增加显著下降。当浓度x达到0.25时,合金Pb0.25Zn0.75Te的导带边产生了明显的下降,而价带边能级没有改变,基本保持了与ZnTe价带顶一致的能级位置,这样就大大增加了合金双向掺杂的可能性。同时,这种合金的光谱响应(Eg = 1.38 eV)与太阳能光谱十分吻合。计算结果表明:多元合金化方法来调节ZnTe禁带宽度、带边能级、晶格常数,是一种比较有效的方法。我们期望这些结果对ZnTe在光电子器件的设计和应用方面是很有帮助的。
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