摻雜SnO2材料光電性能改性的研究.pdf

1、二氧化錫(SnO2)材料是一種具有金紅石結構的寬禁帶半導體材料，是一種重要的無機功能材料。SnO2是一種新型透明導電氧化物，它的寬帶隙(3.6eV)和高激子束縛能(130meV)使得二氧化錫基半導體材料具有發(fā)展?jié)摿?。摻雜SnO2所形成的材料具有高導電性、高透光率、高紅外反射率、高紫外吸收率等性能，從而使Sn02有更廣泛的應用前景。本論文將以SnO2為基材料，采用基于密度泛函理論第一性原理的全電勢線性綴加平面波法，在廣義梯度近似(GGA)

2、下應用WIEN2K軟件進行計算。
　　 首先，我們構建2×2×2的SnO2超晶胞結構，并分別以過渡金屬元素Fe、Mn進行摻雜，接著以非金屬元素S與Fe共摻，繼而又將Sn15FeO32結構注入電子，研究電子態(tài)密度、能帶圖以及光學圖譜。研究結果表明，摻Fe后材料呈現(xiàn)半金屬性，隨摻雜濃度增加，費米能級進入價帶，帶隙逐漸減小，F(xiàn)e原子之間耦合作用增強；通過摻雜能夠在一定程度上改變成鍵性質，使其具有金屬鍵性質；光學譜線（吸收譜、反射譜等）

3、與介電函數(shù)虛部譜線相對應，各譜線均發(fā)生藍移現(xiàn)象，各峰值與電子躍遷吸收有關。而摻雜Mn原子之后，帶隙同樣減小，這主要是由于Mn3d和02p態(tài)之間的強烈耦合在導帶底引入了一系列雜質能級所致。摻Mn后材料為P型半導體，且隨著Mn濃度增加，介電函數(shù)虛部及吸收譜均發(fā)生紅移。Fe、S共摻時，材料仍為直接帶隙半導體，體系呈現(xiàn)半金屬性，且隨S濃度增加，態(tài)密度向低能方向移動，帶隙減小；共摻體系電荷密度重新分布，隨S濃度增加，F(xiàn)e原子極化程度增強，原子間鍵

4、合能力增強；共摻后介電函數(shù)虛部譜與光學吸收譜各峰隨S濃度增加而發(fā)生紅移，光學吸收邊減小。對于電子注入Sn15FeO32體系，當注入電子數(shù)小于1.2時，材料表現(xiàn)為半金屬；當注入電子1.0個，總磁矩最大為5.19μB;隨著電子濃度增加，光學圖譜向低能級方向藍移，光學吸收邊增大。
　　 其次，我們構建2×2×3的Sn02超晶格結構，分別以過渡金屬元素Fe、Mn一層及多層摻雜，之后以Fe、Mn共摻，分析電子態(tài)密度、電荷密度分布以及各光學

5、性質。結果表明，我們以單層及兩層Fe原子進行摻雜，F(xiàn)e的3d電子與Sn5p和O2p軌道雜化在費米能級處形成了電子占據態(tài)，材料導電性增強、吸收譜展寬、在紫外-可見光區(qū)域反射率、折射率加寬。摻雜一層Mn原子時，在費米能及處形成自旋向上的電子占據態(tài)，材料表現(xiàn)出半金屬性；摻雜兩層Mn原子時，兩層原子間存在較大差距，但雜質原子磁矩都有所增加。當用Fe、Mn共同摻雜超晶格SnO2，共摻與單摻時表現(xiàn)出了差異，特別是Fe、Mn原子的分波態(tài)密度，且Fe、