Cu在ZnO理想表面及缺陷(0001)极性面上的吸附

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:27-Aug
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ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体材料(约为3.37 eV),具有大激子束缚能(室温下为60 meV),可广泛应用于绿光、蓝-紫外光以及白光器件中,且易于得到高品质的单晶而引起广泛关注。ZnO共有三种晶体结构,其中室温下的稳定相为纤锌矿结构。天然和非故意掺杂的ZnO晶体存在六种本征点缺陷:氧空位(VO)、氧间隙(Oi)、反位氧(OZn)、锌空位(VZn)、锌间隙(Zni)以及反位锌(ZnO),通常认为由于氧空位与锌间隙的自补偿作用使得ZnO半导体呈现弱n性导电性,如何实现稳定的、可重复操作的ZnO晶体的p型掺杂,进一步得到高品质的pn结成为新的研究热点。Cu、Au、Pt等贵金属吸附在ZnO生长过程中主要起催化作用,对ZnO基底的性能、生长品质影响很大。本文采用基于密度泛函理论(DFT)的CASTEP程序包,着重研究了作为催化剂之一的Cu吸附对ZnO晶体生长品质的影响。  本文在对ZnO的晶格常数进行优化的基础上,计算了纤锌矿结构ZnO六种本征点缺陷的态密度和电子结构。计算结果表明,在这六种缺陷中,氧空位、锌间隙、反位锌是以施主的形式存在,而反位氧、间隙氧和空位锌以受主形式存在。施主缺陷使得天然ZnO呈弱n型导电性。  本文对Cu在弛豫再构后的ZnO(0001)极性表面的吸附进行了研究,计算了不同吸附位置和不同覆盖度下Cu的吸附能。计算结果表明Cu的最稳定吸附位置是H3位;且随着覆盖度的降低,Cu吸附能越小,说明Cu原子之间的相互作用随覆盖度降低而逐渐减弱。  本文最后研究了Cu在ZnO(0001)极性面上吸附对形成Zn空位(VZn)缺陷的影响。计算结果表明,在有Cu吸附的前提下,VZn更倾向于在表层形成;且随着Cu覆盖度的增加,VZn缺陷的形成能总体呈上升趋势,说明在ZnO纳米材料的制备过程中使用催化剂之一的Cu,一定程度上能够抑制Zn空位缺陷的形成,有利于得到空位缺陷少、品质相对高的ZnO材料。
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