基于光谱椭偏与第一性原理计算的NiO空位缺陷诱导电子与光学性质变化研究
材料科学
2020-10-09 v1
摘要
半导体中的本征缺陷在其光电性质中起着重要作用。氧化镍(NiO)是少数宽禁带p型氧化物半导体之一，其电导率被认为主要由Ni空位受主控制。在此，我们系统地比较了化学计量比NiO、富氧含Ni空位的NiO(NiO:VNi)以及富Ni含O空位的NiO(NiO:VO)的光电性质。光学性质通过光谱椭偏术获得，价带谱则由高分辨X射线光电子能谱探测。实验结果与第一性原理密度泛函理论+U计算直接对比。计算结果表明，两种含空位NiO体系中均存在带隙态。NiO:VO中的带隙态主要为Ni 3d态，而NiO:VNi中的带隙态由Ni 3d和O 2p态共同组成。与NiO和NiO:VO样品相比，NiO:VNi样品的吸收谱在3.0 eV以下显示出显著的缺陷诱导特征。NiO:VNi中亚带隙吸收的增加可归因于电子态密度中观测到的带隙态。本文揭示了NiO本征空位缺陷与电子及光学性质之间的关系，表明在相近空位浓度下，NiO:VNi的光学常数与NiO:VO显著偏离。我们的实验与计算结果表明，尽管VNi是NiO中的有效受主，它们也会降低材料的可见光透明性。因此，对于透明光电器件应用，需要通过外掺杂优化本征VNi缺陷，以同时增强p型电导率与透明性。
引用
@article{arxiv.2010.03562,
title = {Vacancy defects induced changes in the electronic and optical properties of NiO studied by spectroscopic ellipsometry and first-principles calculations},
author = {Kingsley O. Egbo and Chao Ping Liu and Chinedu E. Ekuma and Kin Man Yu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.03562},
year = {2020}
}
备注
25 Pages, 5 Figures