Cu掺杂ZnS中的缺陷能级与持久发光

硫化锌(ZnS)基材料被广泛应用于诸多领域。然而,由于缺乏对缺陷能级的详细认识,该材料中的电学性质和发光机制仍存在争议。本文中,我们报道了采用杂化密度泛函计算对闪锌矿ZnS中本征点缺陷与杂质的第一性原理研究。我们发现阳离子与阴离子空位及反位缺陷在带隙中引入深缺陷能级,并可根据费米能级位置充当施主或受主。替代式杂质Cu$_{\rm Zn}$充当深受主,因此不对p型电导有贡献。另一方面,替代式杂质Al$_{\rm Zn}$和Cl$_{\rm S}$为浅施主。更重要的是,我们确认孤立的(即未缔合的)Cu$_{\rm Zn}$是ZnS基荧光粉中观测到的绿色发光之源,而Cu$_{\rm Zn}$$-$Al$_{\rm Zn}$与Cu$_{\rm Zn}$$-$Cl$_{\rm S}$缺陷络合物为蓝色发光之源。该材料可同时具有绿光与蓝光发射,相对强度取决于未缔合缺陷与缺陷络合物浓度之比,这也与实验观测一致。