不同浓度Nb掺杂ZnO第一性原理研究

作者：王姝予; 李天微^*; 郝莹; 马颖; 刘鹏; 徐英起; 顾文梅

来源：人工晶体学报, 2022, 51(07): 1194-1201.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2022.07.006

• 第一性原理
• 能带结构
• 掺杂
• Nb掺杂ZnO
• 态密度
• 光学性质

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同浓度Nb掺杂ZnO的能带结构及性能，并对本征ZnO、Al掺杂ZnO(AZO)和Nb掺杂ZnO(NZO)的模拟结果进行对比分析。结果表明：(1)NZO和AZO的带隙值均低于本征ZnO的带隙值，掺杂浓度(原子数分数)同为6.25%的NZO的带隙值低于AZO的带隙值。随着Nb掺杂浓度增高，NZO的导带底明显降低，态密度峰值降低，且Nb-4d态电子占据了费米能级的主要量子态。(2)随着掺杂浓度的增加，NZO和AZO吸收峰和介电函数峰均降低，且向低能区移动，其中，NZO吸收峰向低能区移动更明显，且介电函数虚部分别在0.42 eV和34.29 eV出现新的峰，主要是价带中Nb-4d和Nb-5p电子能级跃迁所致。掺杂浓度同为6.25%的NZO的静介电常数大于AZO的静介电常数，表明NZO极化能力更强，NZO可以更有效改善ZnO的光电性能。随着Nb掺杂浓度增加，NZO的吸收系数和介电函数虚部强度增加且向高能区移动。NZO的模拟结果为高价态元素Nb掺杂ZnO的实验研究工作及实际应用提供了理论参考。

• 单位
  沈阳建筑大学