第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

【关键词】:ZnO;;稀土;;掺杂;;第一性原理
【摘要】:基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Er,Gd两种稀土元素掺杂的ZnO结构,对本征ZnO和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比.由掺杂前后的结果分析发现,稀土掺杂的ZnO结构引入了由稀土原子贡献的导电载流子,增强了体系的电导率,费米能级上移进入导带.研究表明由于稀土元素的掺入,ZnO结构在费米能级附近出现了杂质能带,这是由稀土的4f态电子所形成.同时,纯净ZnO与Er-ZnO,Gd-ZnO和(Er,Gd)-ZnO的介电函数虚部有明显的差异.在光学性质上,掺杂ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都比纯净ZnO高,能量损失峰出现红移现象.