B-N共掺杂改善p型ZnO的理论分析

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对B缺陷在ZnO中的存在形式进行了理论分析,对B-N共掺杂ZnO体系的晶格结构、杂质形成能、杂质态密度及电子结构进行了系统的研究.研究表明,B缺陷在掺杂体系中主要以BZn的形式存在,这种结构会引起相应的晶格收缩;研究发现与以往的N掺杂相比,共掺结构具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,因此更加适合掺杂.此外,共掺能够形成更低的受主能级,因而减小了受主的杂质电离能,提高了受主态密度;研究显示共掺结构下的杂质N原子与体相Zn原子之间的键合能力提高,受主原子得电子的能力增强,因此B-N共掺有望成为一种更为有效的p型掺杂手段.     

N，Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究

采用第一性原理的超软赝势方法,研究了纤锌矿ZnO在本征及N-Ga,2N-Ga共掺杂情况下的几何结构、能带、电子态密度.结果显示,共掺杂N-Ga构型具有更稳定的结构.研究还发现:共掺杂2N-Ga的ZnO结构有效地提高了载流子浓度,非局域化特征明显,更有利于获得p型ZnO.     

第一性原理研究Te-N共掺p型ZnO

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Te-N共掺杂ZnO体系的晶格结构、 杂质态密度和电子结构进行了理论分析.研究表明, N掺杂引起晶格收缩,而Te的掺入引起晶格膨胀, 从而减小晶格应力促进N的掺杂,并且Te由于电负性小于O而带正电, Te在ZnO中作为等电子施主而存在.研究发现, N掺杂体系中在费米能级附件形成窄的深受主能级, 而Te-N共掺体系中, N杂质带变宽,空穴更加离域,同时,空穴有效质量变小,受主能级变浅, 更有利于实现p型特性.因此, Te-N共掺有望成为一种更为有效的p型掺杂手段.     

P-MBE制备氮掺杂p型ZnO中空穴的散射机制

利用等离子体辅助的分子束外延(P-MBE)技术,在蓝宝石衬底上制备了氮掺杂的p型ZnO薄膜。通过变温霍尔测量研究了空穴浓度和迁移率随温度的变化特性。对载流子浓度拟合的结果表明氮受主具有75meV的能级深度。通过对各种散射机制下迁移率的讨论,发现由晶粒及其晶界组成的这种结构极大地降低了p型ZnO中载流子的迁移率。     

Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对ZnO(Mn,N)体系的晶格结构、形成能、态密度以及电荷密度进行了计算和理论研究.研究结果表明,Mn和N共掺杂ZnO体系具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,更加适合p型掺杂.Mn和N以1:2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,体系中形成双受主能级缺陷,使得杂质固溶度增大,体系中载流子数增多,p型化特征更明显.此外,研究发现相比于N单掺杂ZnO体系,Mn和N原子共掺杂ZnO体系有更多的杂质态密度穿越费米能级,在导带与价带之间形成更宽的受主N 2p的杂质态,同时空穴有效质量变小.与Mn-N共掺杂体系相比,Mn-2N共掺杂体系的受主杂质在费米能级附近的态密度更加弥散,非局域化特征明显.因此,Mn-N共掺杂有望成为p型掺杂的更有效的手段.     

C-Cu共掺杂ZnO的p型导电性研究

近年来,C、Cu单掺杂ZnO获得p型化的相关研究甚多,然而对于C-Cu共掺杂ZnO却鲜有研究.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算分析比较了C、Cu单掺杂、C-Cu分别以1:1、1:2、2:1比例共掺杂ZnO体系的晶格结构、电子态密度、空穴有效质量和形成能.研究结果表明:在本文的计算方法和模型下,各掺杂体系均能获得p型ZnO;当C-Cu以1:2比例掺入ZnO时,容易获得p型化水平更高、电子迁移效应更优、导电性更好、形成能低掺杂更稳定的半导体新材料.     

硼对氮掺杂的p型ZnO薄膜的影响

利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了B/N共掺的p型ZnO薄膜,对比了B/N共掺和N单掺杂样品的物理学性能。通过X射线光电子能谱测试证明了在薄膜中存在有B和B-N键。B/N共掺样品的空穴浓度比单一N掺杂样品高近两个量级。且ZnO：（B,N）薄膜在两年多的时间内一直显示稳定的p型电导。这是由于B-N键的存在提高了N在ZnO薄膜中的固溶度,且B-N键之间强的键能和B占据Zn位所表现的弱施主特性不会带来强的施主补偿效应,说明B是N掺杂ZnO薄膜的一种良好的共掺元素。     

Li,N双受主共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理平面波超软赝势法,首先对六方纤锌矿结构的ZnO晶体和N,Li分别掺杂ZnO以及Li-N共掺杂ZnO晶体的几何结构分别进行了优化计算,在此基础上计算得到了未掺杂ZnO晶体和不同掺杂情况下ZnO晶体的能带结构、总体态密度、分波态密度和电荷布居数.利用计算的结果,从理论上分析了Li-N共掺杂ZnO更容易得到稳定的p型ZnO. 关键词： ZnO 电子结构 第一性原理 p型共掺杂     

F,Na共掺杂p型ZnO的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论(DFT),用第一性原理的方法,计算了ZnO在掺杂F和Na情况下的电子态密度、有效质量和形成能,研究分析了掺杂对ZnO的影响,结果表明:单掺F或Na并不能得到p型ZnO;而将F和Na共掺,能够使ZnO表现出p型导电的倾向.尤其当F和Na按1:2的原子比例共掺时,能够获得p型ZnO,这可以为实验上制备p型ZnO提供参考依据.     

Cd:O共掺杂AlN的电子结构和p型特性研究

为研究Cd：O共掺杂纤锌矿AlN的p型特性,进而揭示导致纤锌矿AlN空穴浓度增加的机理,对Cd：O共掺杂AlN进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过计算Cd_n-O（n=1,2,3,4）复合体掺杂AlN的结合能,发现Cd：O在AlN中可以稳定存在,共掺杂提高了Cd在AlN中的固溶度.分析Cd和Cd₂-O掺杂AlN体系的激活能,发现Cd₂-O的激活能比Cd减小0.21 eV,表明Cd₂-O的空穴浓度比单掺Cd大约提高 关键词： Cd：O共掺杂 纤锌矿AlN 电子结构 p型掺杂特性     

离子束增强沉积制备p型氧化锌薄膜及其机理研究

采用离子束增强沉积方法在Si和SiO₂/Si衬底上制备In-N共掺杂ZnO薄膜(INZO)，溅射靶是用ZnO和2 atm% In₂O₃粉体均匀混合并压制而成，在氩离子溅射ZnO靶的同时，氮、氩混合离子束垂直注入沉积的薄膜.实验结果显示INZO薄膜具有(002)的择优取向，并且为p型导电，电阻率最低为0.9Ωcm.薄膜在氮气、氧气气氛下退火，对薄膜的结构和电学特性与成膜和退火条件的关系进行了分析. 关键词： 氧化锌薄膜 p型掺杂 离子束增强沉积     

Ag掺杂p型ZnO薄膜及其光电性能研究

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源生长了Ag掺杂ZnO(ZnO：Ag)薄膜.研究了衬底温度对所得ZnO：Ag薄膜的晶体结构、电学和光学性质的影响规律.所得ZnO：Ag薄膜结构良好,在室温光致发光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰,透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性.霍尔效应测试表明,在500℃下获得了p型导电的ZnO：Ag薄膜,载流子浓度为5.30×10¹⁵cm关键词： ZnO：Ag薄膜 p型掺杂 超声喷雾热分解 霍尔效应     

Ca掺杂对ZnO氧化物热学性能的影响

在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上的第一性原理计算的方法研究了Ca掺杂对纤锌矿结构氧化物ZnO热学参数和热学性能的影响。研究结果表明,Ca掺杂ZnO氧化物晶格a,b,c轴均有所增大;在计算温度区间,纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大;Ca掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容在最高温度900K分别达到16.5 Cal.mol-1K-1和31.7Cal.mol-1K-1。纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均随温度升高不断增大,Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均高于纯的ZnO。Ca掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。Ca掺杂ZnO氧化物应该具有较高的晶格热导率。     

Ca掺杂对ZnO氧化物热学性能的影响

在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上的第一性原理计算的方法研究了Ca掺杂对纤锌矿结构氧化物ZnO热学参数和热学性能的影响。研究结果表明,Ca掺杂ZnO氧化物晶格a,b,c轴均有所增大;在计算温度区间,纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大;Ca掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容在最高温度900K分别达到16.5 Cal.mol-1K-1和31.7Cal.mol-1K-1。纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均随温度升高不断增大,Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均高于纯的ZnO。Ca掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。Ca掺杂ZnO氧化物应该具有较高的晶格热导率。     

分子束外延方法生长p型氧化锌薄膜

用等离子辅助分子束外延 (P MBE)的方法 ,在蓝宝石c 平面上外延生长了p型氧化锌薄膜。在实验中采用高纯金属锌作为Zn源、NO作为O源和掺杂源 ,通过射频等离子体激活进行生长。在生长温度 30 0℃ ,NO气体流量为 1.0sccm ,射频功率为 30 0W的条件下 ,获得了重复性很好的p型ZnO ,且载流子浓度最大可达 1.2× 10 19cm-3 ,迁移率为 0 .0 5 35cm2 ·V-1·s-1,电阻率为 9.5Ω·cm。     

Optical and electrical properties of p-type ZnO fabricated by NH3 plasma post-treated ZnO thin films

In this paper, a simple method is reported to obtain nitrogen-doped p-ZnO film. In this method NH₃ plasma, generated in a plasma-enhanced chemical vapor deposition system, was employed to treat ZnO thin film. By Hall-effect measurement, a p-type conductivity was observed for the treated film with the hole density of 2.2 × 10¹⁶ cm⁻³. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results confirmed that nitrogen was incorporated into ZnO film during the treatment process to occupy the oxygen positions. In low temperature photoluminescence spectra, an emission peak corresponding to acceptor-donor pair was observed. From this emission peak we calculated the N-related acceptor binding energy to be 130 meV.