GGA+U方法研究ZnO孪晶界对VZn-NO-H复合体对p型导电性的影响∗

吴静静唐鑫龙飞唐壁玉

1)(桂林理工大学,有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林 541004)

2)(桂林理工大学材料科学与工程学院,桂林 541004)

3)(广西大学化学化工学院,南宁 530004)

GGA+U方法研究ZnO孪晶界对VZn-NO-H复合体对p型导电性的影响∗

吴静静1)2)唐鑫1)2)†龙飞1)2)唐壁玉3)

1)(桂林理工大学,有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林 541004)

2)(桂林理工大学材料科学与工程学院,桂林 541004)

3)(广西大学化学化工学院,南宁 530004)

(2017年1月24日收到;2017年5月4日收到修改稿)

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波赝势方法,探究四种ZnO-Σ7(120)孪晶界中VZn-NO-H复合体的电子结构和p型导电机理.计算结果表明,在ZnO-Σ7(120)孪晶界中,N掺杂后会与锌空位(VZn)、氢填隙(Hi)等点缺陷结合,进而形成VZn-NO-H复合体,并出现在孪晶中的晶格应变集中区.此外,四种孪晶界中孪晶GB7a有利于VZn-NO-H离化能降低,从而使其表现出浅受主特征.分析显示特殊的孪晶结构导致了氮替位(NO)与近邻的O原子间距离缩短,阴离子之间发生相互作用,导致禁带中的空带能级下降,降低了电子跃迁所需能量.这一结果也说明GB7a孪晶界中的VZn-NO-H可能成为N掺杂ZnO材料的p型导电的来源之一.

密度泛函理论,ZnO,孪晶界

1 引 言

氧化锌(ZnO)是一种直接宽带隙半导体材料,其室温下禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能为60 meV.ZnO由于其优良的压电和光电特性以及良好的化学稳定性,在透明导电、紫外线发光二极管、太阳能电极材料等诸多领域中具有广泛的应用[1].在ZnO光电性能研究中的关键是p-n结的制备,因此获……