ZnSe的电子结构和性质

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1、ZnSe的电子结构和性质目录1.绪论课题背景、研究现状。ZnSe的晶体结构、性质。2.本课题的研究内容理论基础：第一性原理、密度泛函理论、态密度。用量化软件分析研究ZnSe晶体结构，原子Mulliken布居情况，以及能带结构的分析。3.结果与讨论4.结论与展望课题背景ZnSe属直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体,是制造蓝光半导体激光器件,非线性光热器件和红外器件的重要材料。ZnSe是一种重要的半导体光电材料，在光致发光和电致发光器件、太阳能电池、红外探测器和激光器等领域都有重要的用途。半导体激光广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指

2、示器（激光笔），是目前生产量最大的激光器。ZnSe的晶体结构、性质及应用闪锌矿ZnSe晶体类似于金刚石结构，每个ZnSe晶胞中含四个Zn原子和4个Se原子，Zn和Se各自按面心立方密堆排列，两者沿空间对角线方向相互移动四分之一体对角线长套构而成，互为四面体的体心，如右图所示。ZnSe的晶体结构、性质及应用ZnSe被认为是一种较好的制备蓝绿激光器的材料,已引起世界各国科研人员的广泛关注。随着激光技术的飞速发展,人们发现掺杂过渡金属离子的Ⅱ—Ⅵ族主体材料(ZnSe、ZnS、ZnTe等)具有较佳的中红外特性,是大气环境监测、激光遥感、光通信、人

3、眼安全探测系统、神经外科、高分辨率光谱学、激光雷达、光学参量振荡OPO的理想光源。理论基础量化计算软件是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序。用Fortran90语言编写，用密度泛函理论模拟固体、界面和表面的特性，研究的材料包括陶瓷，半导体，金属，矿物，沸石，液晶等。典型的应用包括表面化学，键结构，态密度和光学性质等研究，量化计算软件也可用于研究体系的电荷密度和波函数的形式。理论基础第一性原理计算方法概述：根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯

4、上称为第一性原理。计算方法是指仅需采用5个基本物理常数:m、e、h、c、KB。理论基础密度泛函理论薛定谔求解局域密度近似(LocalspinDensityApproximation，LDA)广义梯度近似(GeneralizedGradientApproximation，GGA)赝势、超软赝势理论基础Zn原子和Se原子的Mulliken布居情况：ZnSe的Zn原子失去电子，为电子的给体，Se原子得到电子，为电子受主。结果与讨论ZnSe共价键ZnSe共价键的结合关系：Zn与Se原子之间距离很近，其键长约为2.54208nm，在原子之间形成包含

5、弱离子键的共价成份较高的共价键。能带结构ZnSe能带结构图：图中可以看出ZnSe的价带基本上可以分为四个区域：-7.26eV以下的下带；-7.26~-5eV的中间价带；-5~-0.2eV处的上价带；0eV以上的导带部分。ZnSe图谱分析与讨论1.常温常压下Zn的分波态密度图：能量位于-7.26~-5ev的电子个数最多。ZnSe图谱分析与讨论2.常温常压下Se的分波态密度图：Se原子而言，在导带的低能区，4s电子表现的较为突出，在导带的高能区，4p电子相比之下所做的贡献多一些。ZnSe图谱分析与讨论3.常温常压下ZnSe的总体态密度：结论（

6、1）ZnSe晶胞参数表可知，晶胞间距为4.151nm，晶格夹角为60°。ZnSe原胞体积为50.583076nm3。（2）Zn原子的电子主要分布在d轨道,价电子构型为3d104s2，而Se原子的电子主要分布在P轨道，价电子构型为4s24p4。（3）ZnSe的Zn原子失去电子，为电子的给体，Se原子得到电子，为电子受主。Zn与Se原子之间距离很近，其键长约为2.54208nm。结论（4）Zn原子的3d轨道上的电子定域性很强，但仍然有部分电子与Se原子的4p轨道成键，在原子之间形成包含弱离子键的共价成份较高的共价键。（5）ZnSe是一种直接带

7、隙半导体材料，导带底和价带顶都位于布里渊区的中心的G点处，带隙为1.0eV,比实验值偏小。