文档介绍：第卷第期安徽理工大学学报自然科学版. .
年月.
掺杂的第一性原理计算
刘建军,章志敏
淮北煤炭师范学院物理与电子信息学院,安徽淮北
摘要:采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿掺杂前后
的电子结构和光学性质。通过对掺杂前后电子能带结构,态密度以及分态密度的计算和比较,
发现引入杂质后,在价带顶态与态发生—排斥,造成价带顶向高能端移动;在导
带底与相互重叠,发生杂化,引起导带向低能端偏移,两方面的作用使得的带
隙变小。掺后的光吸收向低能端扩展,并且在可见光区生成新的吸收峰。
关键词:密度泛函理论;电子结构;掺杂
中图分类号: 文献标识码: 文章编号:..—
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是Ⅱ一Ⅵ族化合物中重要的宽禁带半导体前,尽管实验上对掺杂制备、性能及结构等方
材料,其室温下的禁带宽度达.,具有良好面进行了大量的研究,但是对其详细的电子结构、
的热红外透明性、荧光效应和电致发光功能等光物光学性质仍需进一步的研究口。
理特性,被广泛应用于短波发光器件,传感器与光本文用平面波赝势—
催化等领域。近几年来,人们在大量实验研究的,方法计算了闪锌矿结构的晶体
基础上,发现对进行合适的掺杂可以改变它的掺入杂质的电子结构和光学性质,并探讨了掺
能带结构,从而使材料的光电性能及结构性能杂微粒中杂质离子与基质之间的相互作用,研究了
得到改善,在光电学领域具有巨大的应用潜力。目晶体在掺杂前后带隙的变化及光吸收系数的
收稿日期:.—
基金项目:安徽省绿色材料化学重点实验室科学研究基金资助项目
作著简介:,安徽淮北人,讲师,硕士,研究方向:计算物理。
安徽理工大学学报自然科学版第卷
改变,对更好地开展晶体掺杂的实验及应用研是交换和相关能,其具体形式可由局域密度近似和
究具有重要的指导意义。广义梯度近似等表示。
在模拟过程中,采用周期性边界条件,单电子轨
计算模型和方法
道波函数满足布洛赫定理,用平面波基组展开为
一:
. 计算模型
式中:为原胞的倒格矢;为第一布里渊区波矢;
具有立方闪锌矿和六方纤锌矿
为单电子轨道波函数的傅立叶级数。
—两种晶体结构,其中立方闪锌矿比较稳
在倒易的空间中,掺的晶体平面波
定。本文计算采用的是立方闪锌矿结构,属于
截止能。选取为,电子一电子相互作用的交
空间群,晶格常数一一.,
换一关联能采用广义梯度近似—
——一。。计算选用×的超晶胞,由个
,修正方法。系统
单胞组成,个铜原子替换超晶胞中心的锌原
总能量和电荷密度在区的积分计算使用
子,掺杂浓度.%见图。
—方案来选择网格点为××,
以保证体系能量和构型在准完备平面波基水平上
的收敛。在自洽场运算中,采用了密度混合
法,自洽场设每个原子为×一。模型的结构
优化采用了算法,优化参数有四个:原子间
的相互作用力的收敛标准设为./;单原
子能量的收敛标准设为×—;晶体内应力的
收敛标准设为.;原子最大位移收敛标准
设为.。程序对四个参数同时进行优