ZnO:Sb掺杂机理的第一性原理研究

为了研究ZnO∶Sb的掺杂机理,本文运用第一性原理密度泛函理论计算了理想纤锌矿ZnO和SbO、SbZn、SbZn-2VZn三种Sb掺杂ZnO晶体模型的几何结构、能带结构和电子态密度。计算结果表明:Sb的掺入使得晶格发生不同程度的膨胀,其中以SbZn-2VZn复合缺陷模型的膨胀最小,键长最短,说明此结构的化学稳定性最高。通过能带和态密度的分析可知,SbO和SbZn模型存在不合理性,而SbZn-2VZn复合缺陷中的VZn可以使价带产生非局域化空穴载流子。定量计算进一步确认了SbZn-2VZn构型的可填充电子数最多,合理解释了晶体导电性的提高。形成能计算表明,在富氧条件下SbZn-2VZn的形成能最低,说明在富氧条件下掺杂Sb更有利于实现ZnO的p型化。