ZnO作為一種新型的II-VI族直接禁帶半導(dǎo)體材料,在常溫常壓下具有3.37eV的禁帶寬度,60meV的高激子束縛能。憑借優(yōu)良的物理性能以及化學(xué)性質(zhì),在透明導(dǎo)電膜、光催化劑、太陽能電池以及紫外半導(dǎo)體激光器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。稀土元素憑借獨特的電子結(jié)構(gòu)和豐富的分離能級,具有優(yōu)異的電子、光學(xué)和催化性能。目前稀土元素?fù)诫sZnO在光催化領(lǐng)域已進行大量的實驗及理論研究,結(jié)果表明稀土元素的摻雜可以使能帶隙中產(chǎn)生雜質(zhì)能級,通過調(diào)控ZnO的物理性能,擴大帶隙的可見光響應(yīng),促使ZnO的發(fā)光特性發(fā)生改變,從而有效的增強ZnO半導(dǎo)體的光催化性能。因此,從理論上通過第一性原理的計算數(shù)據(jù)對La摻雜ZnO材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進行預(yù)測,并從中證實稀土元素La摻雜的可行性。本文利用Materials Studio 2017中CASTEP模塊,采用基于密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢方法對不同La摻雜濃度以及La與本征缺陷復(fù)合共摻ZnO進行了計算研究。構(gòu)建了（2×2×2）純ZnO、La:ZnO（6.25%）、2La:ZnO（12.5%）、La:ZnO+V_Zn和La:ZnO+V_... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

六方纖鋅礦ZnO的晶體結(jié)構(gòu)

中北大學(xué)學(xué)位論文223La摻雜ZnO的GGA計算3.1收斂性測試在對ZnO超晶胞結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化之前，需要對ZnO原胞進行收斂性測試，以獲取幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中兩個重要設(shè)置參數(shù)，即截斷能Ecut和K點。截斷能（Ecut）通過控制平面波基組的大小，來平衡計算速度和準(zhǔn)確性。K點則確定布里淵區(qū)域采樣的準(zhǔn)確性。3.1.1截斷能選取截斷能（Ecut）的選取：預(yù)先構(gòu)建一個純ZnO原胞，選取K=4×4×4的網(wǎng)格。以步長20eV為基礎(chǔ)，逐漸增加截斷能的取值并獲取相應(yīng)的總能量。查看總能量的變化，直到dEtot/dlnEcut<1×10-5eV/atom（設(shè)定的能量收斂標(biāo)準(zhǔn)）為止�？偰芰渴諗壳�如圖3-1所示，當(dāng)截斷能Ecut=380eV時曲線開始逐漸趨于平緩狀態(tài)，考慮到實驗結(jié)果的精準(zhǔn)性及計算速度，本文的截斷能取值420eV。圖3-1總能量收斂圖Figure3-1Totalenergyconvergencediagram

中北大學(xué)學(xué)位論文233.1.2K點選取K點網(wǎng)格的選�。哼x取3.1.1中測試好的固定截斷能420eV，通過逐步改變K點網(wǎng)格的取值，即從粗糙逐漸到密集。以同樣的收斂標(biāo)準(zhǔn)進行測試，相應(yīng)的總能量收斂曲線如圖3-2所示，當(dāng)K=4×4×4時曲線開始逐漸趨于平緩狀態(tài)，可以滿足設(shè)定的收斂標(biāo)準(zhǔn)，因此本文的K點網(wǎng)格選取K=4×4×4。圖3-2總能量收斂圖Figure3-2Totalenergyconvergencediagram3.2理論模型為探究La摻雜濃度及本征缺陷對ZnO物理性能的影響，本文選取理想狀態(tài)下的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO晶體，其具有C6v-4對稱性，屬于P63mc空間群[52]。ZnO晶體中的Zn原子和O原子分別形成兩組相同的六方密堆積結(jié)構(gòu)晶格，兩組網(wǎng)格沿c軸偏移0.385c。晶格常數(shù)a=b=3.249，c=5.206，α=β=90°，γ=120°，其中c/a=1.602，小于理想六邊形密堆積結(jié)構(gòu)的1.633[53]，如圖3-3（a）所示�？紤]到摻雜對ZnO材料的影響，本文所有模型均使用基于原胞的相同尺寸（2×2×2）的超晶胞，其中純ZnO超晶胞中共包含16個Zn原子和16個O原子，如圖3-3（b）所示。利用元素替代法模擬La原子的晶體摻雜，利用Zn原子或O原子的缺失模擬鋅空位或氧空位，則其余四種摻雜超晶胞模型分


本文編號：3312753