zno及其合金的结构、电子及光学性质的计算机模拟

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1、摘要Zno和基于Zn0的合金在半导体研究领域已经得到了越来越广泛的关注。由于它们具有较宽的直接带隙和很大的激子结合能，在光电器件中具有很好的应用前景。关于其稳定结构wu-O：zite相的光电属性及高压相变已有大量的研究报道。最近，实验证实可将其高压立方相截留至常压作为一种亚稳相存在，这为扩展其光电性能提供了极有利的条件。因此本文着重研究了其亚稳相的物理性质，最终获得了一些对其实际应用有重要参考价值的结论。本文的计算均采用第一性原理赝势和正交化平面波展开方法，电子的交换关联势采用广义梯度近似，并使用PW-91函数。本文对比地研究了wtmzite、zinc．blende和亚稳rock．salt相的

2、ZnO的结构、电子和光学性质。计算显示亚稳rock-saltZnO会存在一种负微分电导效应，并且具有更强的电子．光子耦合和更宽的光学响应区。结果表明rock-saltZnO更加适合于光电应用，特别是应用于25～35nlTl的超短波范围的光学响应区。本文还深入分析了常态下亚稳立方Mg。Znl．to合金OK33％)的光学机理，并将其与wurtziteMg。Znl-xO合金进行对比。结果显示亚稳立方合金具备更强的电子．光予耦合、光学更加敏感的Mg劲态、更大的静态介电函数和双金属响应区。这也意味着合金的立方相更加适合应用于光电器件中。合金中Mg的存在，为人工调节高能响应区提供了极好的有利条件。关键词I

3、卜Ⅵ族半导体；亚稳相；结构属性；电子属性；光学属性燕山大学工学硕士学位论文AbstractZnOandZnO—basedalloyshavegainedincreasinginterestsinthesemiconductorresearchcommunitybecauseoftheirlargedirectband-gapandlargeexcitonbindingenergywhichaccountfortheirpotentialapplicationsinoptoelectroniedevices．Therehavebeenlargequantitiesofresearchesonth

4、eoptoelectronicpropertiesofthestablewurtzitephaseanditshigh-pressurephasetransitions．Recently,thesuccessfulreservationofthehirgh—pressurecubicphasetoambientconditionasametastablephasehasprovidedawonderfuladvantageforextendingtheoptoelectronicproperties．Wethusfoensonthephysicalpropertiesofthemetastab

5、lephaseinthiswork．Andasaresult，someimportantreferencestothetechnologicapplicationsofthisimportantmaterialareprovided．Inthiswork,thetheoreticalcalculationsareperformedusingthefirst-principlespseudopotentialmethod，inwhichweemploythePW-91functionofthegeneralizedgradientapproximationavailableintheCASTEP

6、codetogetherwimplanewavebasissetsforexpandingtheperiodicelectrondensity．Thestructural，electronicandtheopticalpropertiesforwurtzite，zinc·blendeandmetastablerock-saltZnOarecomparativelyinvestigatedindetail．Anegativedifferentialconductioneffectispredictedforthemetastablerock—saltZnO．Thestrongerelectron

7、-photoncouplingandthewideropticalresponseregioninthemetastablerock-saltZnOmakeitmoresuitableforopticalapplicationsespeciallyintheextremelyshort-waveregion(25～35nm)．Theopticalmechanismofthemetastablecu