纖鋅礦Cd-,x-Zn-,1-x-O與閃鋅礦Cd-,x-Zn-,1-x-Se電子結構的第一性原理研究.pdf

1、本論文首先介紹了量子化學理論計算材料科學的發(fā)展和幾種主要的計算方法；并著重論述了基于密度泛函的第一性原理理論。運用基于密度泛函理論的CASTEP和DMOL<'3>軟件包對Cd摻雜纖鋅礦ZnO和Cd摻雜閃鋅礦ZnSe所形成合金的禁帶寬度變窄現象進行了第一性原理研究。 采用基于密度泛函理論廣義梯度近似的超軟贗勢能帶計算方法，計算了纖鋅礦ZnO及不同量Cd摻雜ZnO的電子結構。結果表明：Cd<,x>Zn<,1-x>O的價帶頂始終是O2

2、p態(tài)，導帶底則是．Zn4s態(tài)；且隨著Cd摻雜濃度的增大，合金的晶格常數逐漸增大，禁帶寬度逐漸變窄。Cd<,x>Zn<,1-x>O合金的禁帶寬度變窄主要有兩方面的原因：(1)摻Cd后，由于Cd與O間的作用相對較弱而導致了Zn與O間的作用增強。從而導致．Zn4s軌道中能級越來越低的電子參與作用，使得決定CBM的反鍵Zn4s態(tài)能級逐漸降低；(2)摻Cd后，與Cd近鄰的O對Zn3d中t2作用增大，而使t2能級升高和O-Cd間p-d排斥效應的增大

3、，而導致與O2p共同作用的反鍵態(tài)升高，近而使VBM上升。此外還發(fā)現，隨著Cd摻雜濃度的增大，合金的總能量逐漸升高而結合能逐漸降低；合金的禁帶寬度、結合能與體系總能量成正比遞減關系。 對閃鋅礦ZnSe、CdSe及Cd<,x>Zn<,1-x>Se合金電子結構的計算結果表明：Cd<,x>Zn<,1-x>Se化合物是直接帶隙半導體材料，價帶頂是Se4p態(tài)電子占據，而導帶底始終是由SeAs態(tài)決定；隨著Cd摻雜濃度的增大，合金的晶格常數逐漸