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1、第38卷第2期人工晶體學(xué)報(bào)V01．38No．22009年4月JOURNAL0FSYNTHETICCRYSTAIJsApril，2009ZnO能帶及態(tài)密度的密度泛函理論研究郭連權(quán)，武鶴楠，劉嘉慧，馬賀，宋開(kāi)顏，李大業(yè)(1．沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，沈陽(yáng)110023；2．沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)教育學(xué)院，沈陽(yáng)110023)摘要：本文采用基于密度泛函理論框架下第一性原理的平面波贗勢(shì)方法，并采用局域密度近似(LDA)理論和ABINIT軟件對(duì)ZnO電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。得到了ZnO的能帶和態(tài)密度曲線。研究表明，ZnO的價(jià)帶基本上可以分為三個(gè)區(qū)域，即下價(jià)帶區(qū)、上價(jià)帶區(qū)和位于一18．1eV處
2、的寬度為1．1eV的價(jià)帶；導(dǎo)帶部分主要是由zn的4s態(tài)貢獻(xiàn)的，O的2p態(tài)在該區(qū)域內(nèi)具有微弱的貢獻(xiàn)；ZnO是一種直接寬禁帶半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂位于布里淵區(qū)中心處，帶隙為0．9eV，相對(duì)比較該結(jié)果優(yōu)于一些文獻(xiàn)給出的計(jì)算值。關(guān)鍵詞：ZnO；第一性原理；密度泛函理論；能帶；帶隙中圖分類(lèi)號(hào)：073文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000．985X(2009)02-0440-05DensityFunctionalTheoryStudyonEnergyBandandDensityofStatesofZnOGUOLian—quan，刪Ile—nan，口一hui，MAHe，SONGKa
3、i．yah，LIDa—ye(1．SchoolofScience，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110023，China；2．SchoolofElementaryEducation，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110023，China)(Received2November2008)Abstract：TheelectricalstructureofZnOiscalculatedbyfirstprinciplespseudo-potentialapproachofthep
4、lanewavebaseduponthedensityfunctionaltheory(DFT)usinglocaldensityapproximation(LDA)andABINITpackage．Thecurvesofenergybandanddensityofstates(DOS)ofZnOaregained．Afteranalyzingit§knownthatthevalencebandcanbebasicallydividedintothreeregions．i．e．1owervalenceband，uppervalencebandandtheonel
5、ocatedin一18．1eVwiththewidthof1．1eV：thepartofconductionbandismainlycontributedby4sstateofZn，andstateofOhasonlyalittlecontributioninthisarea．ZnOisakindofsemiconductormaterialwithadirectandwideenergyband．ThebottomofconductionbandandthetopofvalencebandarebothinpointGinthecentreofBrilloui
6、nzone．Theenergygapis0．9eV，whichisbetterthansomeofthecomputedresultsgivenbysomeliteratures．Keywords：ZnO；firstprinciples；densityfunctionaltheory；energyband；energygap1引言自1992年Nakamura等科研人員實(shí)現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體材料GaN的P型薄膜制備的重大突破后，GaN成為短波長(zhǎng)(藍(lán)、綠光)發(fā)光二極管、激光器和其他相關(guān)器件的代表材料。但緊接著在1996年第23屆國(guó)際半收稿日期：2008—11-02基金項(xiàng)
7、目：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目(No．521101302)作者簡(jiǎn)介：郭連權(quán)(1959一)，男，遼寧省人，博士，教授。E—mail：guo—lq@163．eom第2期郭連權(quán)等：ZnO能帶及態(tài)密度的密度泛函理論研究441導(dǎo)體物理年會(huì)上，ZnO薄膜室溫光泵浦紫外激光被首次報(bào)導(dǎo)¨J，這個(gè)結(jié)果迅速獲得了學(xué)術(shù)界的認(rèn)可和關(guān)注。從1996年至今，ZnO在短波長(zhǎng)光電子領(lǐng)域的研究熱潮己經(jīng)持續(xù)了20多年，各國(guó)科研人員進(jìn)行了大量的工作，獲得了許多重要的成果。ZnO薄膜具有良好的透明導(dǎo)電性、壓電性、光電性、氣敏性、壓敏性、且易與多種半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)集成化。由于這些優(yōu)異的性質(zhì)，使其具有廣泛
8、的和許多潛在用途，如表面
