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ZnS掺杂系统光电性质研究
Investigation on Electronic and Optical Properties of Doping ZnS
学院:信息科学与工程学院
2013 年 6 月
毕业设计(论文)指导教师审阅意见
题目:ZnS 掺杂系统光电性质研究
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毕业设计(论文)评阅教师审阅意见
题目:ZnS掺杂系统光电性质研究
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专业毕业设计(论文)答辩委员会
主任委员:
摘要
ZnS是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中一种重要的半导体材料,它具有优异的机械性能和光学性能,具有优良的光电特性和广泛的应用前景,并已经为越来越多的人们所关注。对ZnS进行掺杂可以改变其导电性能、提高发光效率、发光质量和扩展发射光谱范围,以适应不同的实际需要。本文目的就是通过对ZnS材料和其掺杂材料的各种特性的理论计算,从而对材料的实验研究进行一些理论解释、补充甚至预言。为实验上实现ZnS的掺杂提供理论指导。
首先,本文介绍了ZnS的结构、基本性质、研究现状和应用情况。讨论了我们的计算工具—CASTEP及其理论基础。
其次,研究了纯ZnS的电子结构、光学性质以及键布居情况。计算了ZnS系统的能带结构、键布居参数、电子态密度和吸收光谱。结果表明,ZnS为直接禁带半导体材料,。纯ZnS在能量低于4eV的范围内几乎没有吸收。
第三,研究了N、Al掺杂ZnS以及Al和N共掺杂ZnS的各项特性。计算结果表明:N是理想的ZnS p-型掺杂剂,N掺杂ZnS后能在价带顶提供空穴载流子。Al和 N共掺状态下有效地提高了受主掺杂浓度和系统的稳定性,从而更有利于实现p-型ZnS。
最后,研究了V、Cr、Mn掺杂ZnS系统的电子结构,分析可知,掺杂元素的主要贡献在费米面附近,掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动,带隙变小。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移。
关键词:硫化锌;第一性原理;掺杂;光电性质
Abstract
ZnS is an important semiconductor material of theⅡ-Ⅵ clan semiconductor materials, it has excellent mechanical properties and optical properties, with excellent electo-optic properties and broad prospect of application, and has been for more and more people concerned. Doped with impurities, the conductive properties, luminous efficiency, luminous quality, and emission spectrum of the system can be improved for different practical needs. In this thesis, we study the electronic structure and optical properties of the blende ZnS systems in different doping cases by the first-principles approach based on the density functional theory.
Firstly, the structure and basic properties of ZnS, research status and the application were introduced. We discussed puting tools - CASTEP and its theoretical basis.
Secondly,the electronic structure of pure ZnS, optical properties and the Mulliken were studied. The results show that ZnS is the direct semiconductor materials, the band gap for . Pure ZnS in energy 4eV below