第一性原理方法研究cds能带结构

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1、第37卷增刊2稀有金属材料与工程V01．37，Suppl．22008年5月RAREMETALMATERIAI．SANDENGINEERINGMay2008第一性原理方法研究CdS能带结构倪利红，刘涌，宋晨路，徐刚，韩高荣(浙江大学，浙江杭州310027)摘要：使用基于局域密度近似的密度泛函方法，对立方相和六方相CdS的结构进行了模拟计算。结果表明：2种晶相的CdS不仅禁带宽度非常相近，两者相差8．51％，而且导带边都是由Cd5s轨道贡献，价带边都是由S3p轨道贡献。这种相似的能带结构导致立方相和六方相CdS在可见光波段具有相近的光学性能，

2、从而解释了实验获得的两相混合CdS仍然能够具有较好光学性能的现象。关键词：计算机模拟：第一性原理；光学性能；CdS中图法分类号：TGl46．1+12文献标识码：A文章编号：1002．185X(2008)$2．623．031引言Approximation，LDA)t6】的密度泛函方法(Densityfunctiontheory，DFT)，赝势函数为标准模守恒函数CdS是一种典型的Ⅱ．Ⅵ族半导体化合物，室温下(norm．conservingpseudopotentialfunction)’iT]，考虑其禁带宽度为2．42eVtll。它具有优异

3、的光电转换特性S3s、S3p、Cd4p、Cd4d、Cd5s轨道，使用平面波函和发光性能。当CdS粒子的粒径小于其激子的波尔半数形式展开电子波函数，截断能取45Hatree，使用径时，由于纳米颗粒的量子尺寸效应、表面效应的作Monkhorst．Pack网格【8】划分倒空间中积分点，其中立用，颗粒的电学、线性及非线性光学等性质将发生很方相取22个格点，六方相取7个格点。以上参数经过大变化【21。由于这些优良的性能使之成为在光致发光、收敛性考察，能量相对偏差小于10％～4％。由于使用电致发光、传感器、红外窗口材料、光催化、太阳能DFT方法进行电

4、子结构计算时，采用简约的物理学元电池、非线性光学器件和其他一些光电器件上有着广胞作为计算模型更为高效，针对立方相的计算元胞中泛应用的光电材料，同时也是纳米材料研究领域的研含有1个Cd原子和1个S原子，而六方相的计算元究热点之一【1叫。胞中含有2个Cd原子和2个S原子。CdS主要晶相为立方相闪锌矿结构和六方相的纤锌矿结构，而目前实验室制备所得的CdS材料多为立方相或六方相或两相混合【卜卯。由于使用实验手段对已合成的纳米颗粒进行两相分离存在困难，限制了针对2种结构CdS的比较研究和应用。有研究指出使用2种结构CdS制备的太阳能电池性能相近【5

5、】，表明2种结构CdS在光学性能，特别是在可见光波段具有一定的相似性。本研究尝试使用第一性原理方法，从能带结构的角度比较分析两种晶相的CdS，为立方相和六方相CdS的比较研究提供电子层次的基础数据。’图1CS．CdS和HS．CdS结构图Fig．1Structureofcubic(a)andhexagonalCdS(b)2计算方法立方相(Cubicstructure，CS)和六方相(Hexagonal，本文涉及的计算内容由ABINIT[9】软件包实现，程HS)结构CdS，对称型分别为F．43m和P63mc，如图序在SGIOnyx3900型超

6、级计算机上运行。1a，1b所示。使用基于局域密度近似(Local．density收稿日期：2007．11．22基金项目：国家自然科学基金(No．50452003)通讯作者：韩高荣，男，1962年生，博士，教授，浙江大学材料系无机非金属研究所，浙江杭州310027，电话：0571-87952341万方数据·624·稀有金属材料与工程第37卷3结果与讨论．毳三导≥昱毳；至量晶芸萎呈纂差茎军蓑荔慧蒜分别对CS．CdS和HS．CdS进行结构优化，优化理特征，能够获得可靠的结果。后的晶格参数列于表1中，相应实验测量参数也列于表1立方相、六方相结构参

7、数与实验值比较Table1StructureparametersofcubicandhexagonalCdSF-43m，NO．216Hexagonal，P63mc，NO．186ExperimentalvalueCalculatedvalueRelativedeviationExperimentalvalueCalculatedvalueRelativedeviationz(S10000．001z(Cd)0．2500．2500．3750．376a／×0．1nm5．8ln015．800．140％4．12fll】4．1l0．365％cla1．O

8、1．01．62flll1．63O．6％图2分别给出了CS．CdS和HS．CdS沿倒空间高PDOS)的结果。对比不同轨道的PDOS强度，由图3对称方向的能带结构。从图2中可以看出，CS．CdS可