Au在ZnO极性面上吸附催化的第一性原理分析

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1、thefirstlayerofZnatoms；(2)UnderAusurfacent,theZnatomvacanciesbecomenlo[ediffculttoKeywords：Density—functionalTheory，Adsorption，Surfactant，ZnO，AuIII独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，沦文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

2、献均已在论文t}

3、作了明确的说明并表示了谢意。签名魏塾日期：逊7。乏“关于论文使用授权的说明本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)签名：邋导塍孙铷送口期：瑚：笸：[f第一章绪论有关半导体材料的研究和应用在当今物理学和高新技术发展领域中占有突出地位。最典型的半导体材料有：元素半导体Si、Ge和化合物半导体ZnO、InN、

4、GaN等。其中Si是现代半导体产业的支柱材料，其材料工艺和器件工艺都比较成熟，加工工艺简单，可加工性强，器件制造工艺稳定，已经形成了一套完整的材料制备、加工和器件制造方法，而且成本低、基片直径大(150～200mm)、集成度高(已达M级)n但在超高速集成电路和光电子领域。化合物半导体材料显示出了它不可替代的优势。化合物半导体材料具备许多si材料没有而微电子技术又必需的优点，如场迁移率高、禁带宽度大、本征载流子浓度低、光电特性好等。用化合物半导体材料制作的器件频率响应好，速度快，工作温度高，能满足集成光电予学的需要。通过对材料性能和器件特性的比较发现，只有兼二者之长的材料彳’能

5、满足未来器件的需求。ZnO作为第三代半导体的代表，极具开发潜力，越来越受到人们的重视。1．1半导体材料Zn0的概述1．1．1半导体材料的主要特性半导体是固体材料中非常独特而有用的一类。这类材料可以是晶态的，也可以是非晶念的；可以是一种元素组成的元素半导体，如锗、硅等，也可以是由两种或两种以上的元素组成的化合物半导体，如111．Ⅳ族、II．Ⅵ族化合物等。重要的晶态半导体大多以共价键结合，具有金刚石结构或闪锌矿结构。Ⅳ族元素半导体，包括锗、硅及灰锡(a—Sn)。这类半导体由位于周期表中第四列的元素结晶而成，因而称之为Ⅳ族元素半导体。锗、硅半导体是最先为人们所研究和利用的材料，其制

6、备技术也最为完善。这类半导体都是共价晶体，具有金刚石结构，其布拉菲格子是面心立方。图1-1给出硅的这种结构平面图。图中，连接硅原子与其四个最近邻的每一根键，都是双电子共价键。键中的电子都处于sp3杂化轨道上，它们分别由键两端的原子贡献出来，键中的两个电子自旋相反，电子云沿键对称分布，这种键称为无极键。第一章绪论图卜1硅的正四面体键平面示意图杂质和缺陷对半导体材料的性质往往起着决定性作用。杂质和缺陷可以束缚电子或空穴，并在禁带内形成能级。一些杂质原子形成的杂质能级的电离能比较／J',(<100meV)，称为浅能级。像Si中的IIl族和V族杂质原子，III．V族化合物中的II族和

7、Ⅵ族杂质原子分别形成浅受主能级和浅施主能级。有些杂质原子或缺陷，以及二者的配合物可以在禁带中形成深能级。例如Ge中的Cu和Ni原子，Si中的Au原子等。电子和空穴可以通过这些深能级复合，由于它们可起复合中心作用，因此也把这些深能级杂质缺陷统称为深中心。在半导体材料中通过光吸收，使电子自价带跃迁至导带称为本征吸收。能量小于禁带宽度的光子不能引起本征吸收。当光子能量达到禁带宽度时本征吸收开始，这一界限称为本征吸收边。从半导体材料的本征吸收边可以定出材料的禁带宽度Eg'亦称为带隙、能隙。它是半导体材料的一个重要参量。一般半导体的能带结构有两种情况：①能带的导带底和价带项都位于K=0

8、处(其中K为波矢)，电子跃迁时K不变，这样的带隙称直接带隙；②能带的价带项在K=0，而导带底不在K=0处，电子跃迁时吸收或发散一个声子，以补偿电子准动量的变化，这样的带隙称为间接带隙。ZnO是一种直接带隙的宽禁带N型半导体。1．1．2Zn0材料的性质ZnO是一种重要的Il-_VI族氧化物半导体材料。纯净的ZnO是无色晶体，ZnO晶体主要结构之一的六方纤锌矿结构(如图1．2)，其中每个zn原子与四个。原子按四面体排列。实际上，每个粒子的环境不具有精确的四面体对称性。在c轴方向上，最近邻的2第一章绪论间距与