高 n 型掺杂 ZnO 薄膜中复杂缺陷的电子与原子结构
材料科学
2016-10-06 v1 强关联电子
摘要
我们通过第一性原理电子结构计算，研究了 Ga 和 Al 掺杂 ZnO 薄膜中的点缺陷。我们确定了候选缺陷，以解释最近观察到的这两个系统在电学和光谱行为上的差异。Ga-ZnO 中的替位掺杂解释了其电学性质的金属行为。间隙氧与替位 Ga 形成的复合体可表现为受主并引起部分补偿，同时在导带底下方产生如光电子发射实验所观测到的隙态。Zn 空位也可作为补偿受主。另一方面，Al-ZnO 的半导体行为及其光学带隙相对于纯 ZnO 的微小变化，可以通过受主 Zn 空位与替位 Al 施主之间的几乎完全补偿来解释。间隙 Al 也可作为施主能级，并可能是光电子发射实验中费米能级下方观测到的小带的起源。替位 Al 与间隙氧的组合可同时作为补偿受主并产生上述光电子发射带。理论计算采用包含在位库仑相互作用的广义梯度近似下的密度泛函理论 (DFT) 进行。在特定情况下，还使用了含半局域 - 精确交换杂化泛函的 DFT 计算。结果与相应掺杂水平下 Ga-ZnO 和 Al-ZnO 的光电子能谱进行了比较。
引用
@article{arxiv.1311.6506,
title = {Electronic and atomic structure of complex defects in highly n-type doped ZnO films},
author = {E. Menéndez-Proupin and P. Palacios and P. Wahnón},
journal= {arXiv preprint arXiv:1311.6506},
year = {2016}
}
备注
10 pages, 10 figures, UTF-8 encoding. To be published