氧化鋅（ZnO）是一種典型的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料,其具有3.37 eV的大禁帶寬度,激子結(jié)合能高達(dá)60 meV,是目前最具應(yīng)用潛力的氧化物半導(dǎo)體之一。室溫下三維ZnO的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),沿c軸方向上具有優(yōu)良的壓電性質(zhì)。這些特性使得ZnO在紫外發(fā)光器件、高溫微電子器件、光電子器件、太陽(yáng)能電池和壓電器件等領(lǐng)域顯示出了廣泛而優(yōu)越的應(yīng)用前景。另外,2013年二維ZnO（g-ZnO）的成功制備推動(dòng)了ZnO在低維領(lǐng)域的發(fā)展,為其在電子器件應(yīng)用中的微型化、集成化和多功能化提供了基礎(chǔ)。為了獲得材料中更新穎、更優(yōu)越的物理性質(zhì),構(gòu)建異質(zhì)結(jié)是有效的研究方法之一,因?yàn)橥ǔ碚f,異質(zhì)結(jié)會(huì)表現(xiàn)出比組成個(gè)體更優(yōu)異的性質(zhì)和應(yīng)用價(jià)值。目前針對(duì)ZnO基異質(zhì)結(jié)的研究囊括了三維異質(zhì)結(jié)和二維異質(zhì)結(jié)領(lǐng)域,越來越多的新的物理性質(zhì)逐漸被人們發(fā)現(xiàn)。本論文從基于密度泛函理論框架下的第一性原理出發(fā),理論上研究了三維ZnO基異質(zhì)結(jié)和二維g-ZnO基異質(zhì)結(jié)在應(yīng)變和外電場(chǎng)下的局域極化、電子能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)等,為ZnO基半導(dǎo)體光電子器件的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:首先計(jì)算了三維纖鋅礦ZnO和立方相PbTiO_... 

【文章來源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

一些半導(dǎo)體材料在光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用[3,4]

1緒論3圖1-1一些半導(dǎo)體材料在光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用[3,4]Figure1-1Semiconductorapplicationsinphotodetectorsandsolarcells[3,4]1.3ZnO簡(jiǎn)介（IntroductionofZnO）1.3.1ZnO基本性質(zhì)ZnO是一種典型的Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料，自身具有非常好的光電性質(zhì)和壓電性質(zhì)。如圖1-2所示，在自然條件下，ZnO的結(jié)晶狀態(tài)具有三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)(hexagonalwurtzite)，閃鋅礦結(jié)構(gòu)(zincblende)和巖鹽礦結(jié)構(gòu)(rocksalt)。其中纖鋅礦結(jié)構(gòu)為其熱力學(xué)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[6]，閃鋅礦結(jié)構(gòu)則一般存在于立方結(jié)構(gòu)的襯底當(dāng)中，而巖鹽礦結(jié)構(gòu)可通過對(duì)纖鋅礦ZnO施加高壓獲得。圖1-2不同構(gòu)型下ZnO的原子結(jié)構(gòu)示意圖。依次為纖鋅礦型ZnO，閃鋅礦型ZnO以及巖鹽礦型ZnO(圖片來自網(wǎng)絡(luò)）Figure1-2TheatomicstructureofZnOwithdifferentconfiguration:wurtziteZnO,zincblendeZnOandrocksaltZnO(fromtheInternet)在室溫下，ZnO表現(xiàn)為穩(wěn)定的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，空間群為P63mc，晶格常數(shù)為：a=3.249，c=5.206，c/a=1.602，α=β=90°，γ=120°。理論上纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO為六方密排堆積，在一個(gè)原胞里每個(gè)Zn原子被四個(gè)O原子包圍，同樣地每個(gè)O原子也被四個(gè)Zn原子包圍，從而每個(gè)Zn原子和最近鄰的四個(gè)O原子組成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)O原子也與周圍最近的四個(gè)Zn原子構(gòu)成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)子結(jié)構(gòu)共同組成了整體的復(fù)式格子。其中O的原子坐標(biāo)為(0,0,0)和(0.6667,0.3333,0.5)，Zn的原子坐標(biāo)為(0,0,0.3825)和(0.6667,0.333,0.8825)。在實(shí)際ZnO晶體中，由于長(zhǎng)程極化效應(yīng)，使ZnO存在

碩士學(xué)位論文6Sr、La、Pr等。B位通常為過渡金屬離子，如：Ti、Co、Mn、Fe等，處于由陰離子O形成的八面體的中心。A離子的配位數(shù)為12，周圍最近的有12個(gè)O離子。B離子的配位數(shù)為6，最近的也是6個(gè)O離子。O離子的配位數(shù)也是6，周圍最近的是4個(gè)A離子和2個(gè)B離子。O離子和B離子形成了正八面體結(jié)構(gòu)，這也是鈣鈦礦非常重要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。鈣鈦礦具有不同于其他材料的結(jié)構(gòu)，使其富含了許多特有的性質(zhì)，例如鐵電性，鐵磁性，鐵彈性，壓電性，抗磁性，順磁性，反鐵磁性，亞鐵磁性等，在太陽(yáng)能電池，存儲(chǔ)器，激光器，光電探測(cè)器，光通信等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。PbTiO3是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物，是鐵電和壓電領(lǐng)域研究的重要材料，于1950年首次被人們發(fā)現(xiàn)。PbTiO3的居里溫度為490℃(Tc=490℃)，在居里溫度以下，表現(xiàn)為四方鐵電相結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a=3.905，c=4.156，c/a=1.063。在490℃左右發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，于居里溫度以上的高溫下表現(xiàn)為立方順電相結(jié)構(gòu)。對(duì)于四方結(jié)構(gòu)的PbTiO3，由于正負(fù)電荷中心不重合將產(chǎn)生自發(fā)極化，并且自發(fā)極化的方向在外加電場(chǎng)下會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使得PbTiO3具有鐵電性。理論上PbTiO3的極化值可達(dá)到81μC/cm2，但在室溫下能實(shí)際觀測(cè)到的值最高為75μC/cm2，是目前已知的鐵電材料中自發(fā)極化強(qiáng)度最高的材料之一。立方的PbTiO3由于正負(fù)電荷中心重合因此不具有自發(fā)極化和鐵電性。利用以上性質(zhì)，PbTiO3在壓電陶瓷、驅(qū)動(dòng)器、超聲波傳感器和鐵電非揮發(fā)性存儲(chǔ)器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。圖1-3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-3Theschematicdiagramofperovskite

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]取向納米ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)陣列的制備及光電特性[J]. 宋亞男,李夢(mèng)軻,張?zhí)烀?孫杰婷,王楠,王玉瓊,楊蕊,付宏波,馮秋菊,顧吉林.  中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2014(10)



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