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1、第27卷第4期山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．27No．42012正8月JOURNALOFSHANDONGJIANZHUUNIVERSnYAug．2012文章編號(hào)：1673—7644(2012)04—0386—04V摻雜ZnO性質(zhì)的第一性原理研究王麗麗，季燕菊，付剛(山東建筑大學(xué)理學(xué)院，山東濟(jì)南250101)摘要：采用第一性原理平面波超軟贗勢(shì)，計(jì)算了纖鋅礦ZnO和不同濃度的V摻雜ZnO晶體的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和分波態(tài)密度。計(jì)算表明，V的摻雜導(dǎo)致ZnO晶格發(fā)生了微小膨脹，禁帶寬度變窄，體系引入的雜質(zhì)能級(jí)靠近導(dǎo)帶底，費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入了導(dǎo)帶并且穿插在雜質(zhì)能級(jí)中，自
2、旋態(tài)密度分布具有不對(duì)稱性，自旋向上的電子數(shù)比自旋向下的電子數(shù)多，對(duì)態(tài)密度進(jìn)行積分后發(fā)現(xiàn)V摻雜ZnO體系表現(xiàn)出凈磁矩，具有磁性。當(dāng)V摻雜后，V-3d態(tài)電子與O-2p態(tài)電子的態(tài)密度分布大部分重合，形成了pd雜化。關(guān)鍵詞：密度泛函理論；第一性原理；V摻雜ZnO中圖分類號(hào)：O471．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AFirst-principlestudyonpropertiesofV-dopedwurtziteZnOWANGLi—li，jIYan-ju，F(xiàn)UGang(SchoolofScience，ShandongJianzhuUniversity，Jinan2501
3、01，China)Abstract：Thebandstructure，totaldensityofstatesandpartialdensityofstatesofpureandV—dopedwurtziteZnOhavebeeninvestigatedbyusingthefirst—principleuhrasoftpseudopotentialapproachoftheplanewave．ThecalculationindicatesthatthelatticeofZnOhasalittleinflation，andthatthebandg
4、apisreducedbyVdoping．Theimpurityenergylevelliesnearthebottomoftheconductionband，theFermienergylevelentersintotheconductionbandandtheimpurityenergyleve1．Thespindensityofstatesisasymmetric，thenumberofspin—upelectronsismorethanthenumberofspin—downelectrons．V—dopedwurtziteZnOsys
5、temshowsnetmagneticmomentandismagnetizedbyintegratingthedensityofstates．ThereisaclearoverlapbetweenV一3dandO-2pstatesdensitybyVdoping，forminghybridpdstates．Keywords：densityfunctionalitytheory；firstprinciple；V—dopedZnO溫下的禁帶寬度為3．2eV_1J，在透明導(dǎo)電薄膜、光電0引言器件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用J。在ZnO中摻雜不同的元素，能改變
6、ZnO的結(jié)構(gòu)和帶隙寬度，使摻雜近些年來，纖鋅礦ZnO的Ⅱ一Ⅵ族直接帶隙寬ZnO具有新的特性。理論計(jì)算表明，ZnO摻雜V、禁帶氧化物半導(dǎo)體材料成為研究的熱點(diǎn)。它具有大cr、co等元素能夠產(chǎn)生自旋極化，形成高于室溫的光電耦合系數(shù)、低介電常數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性、高的激稀磁性透明半導(dǎo)體]，是下一代微電子和光電子領(lǐng)子結(jié)合~,(60mev)及優(yōu)良的光電、壓電特性，它在室域自旋電子學(xué)器件有重要價(jià)值的材料之一。根據(jù)理收稿日期：2012—5—13基金項(xiàng)目：山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金(BS2011CL026)作者簡介：王麗麗(1987一)，女，吉林長春人，在讀碩士
7、，主要從事低維物理研究．E—mail：dabaoshali@sina．corn．4王麗麗等：V摻雜ZnO性質(zhì)的第一性原理387論計(jì)算，V摻雜的ZnO膜具有最高的居里溫度。化的主要原因我們認(rèn)為是由于V離子半徑與zn離Saeki等利用激光脈沖法制備出居里溫度高于子半徑不同，V離子對(duì)zn離子的代替引起晶格尺寸350K的釩摻雜鐵磁性氧化鋅膜。Vyatkin實(shí)驗(yàn)小失配，產(chǎn)生了應(yīng)變，從而導(dǎo)致晶格略微變大，而在Sn組用釩離子注入法獲得氧化鋅磁性膜。目前借摻雜In：O，材料中這種現(xiàn)象也被發(fā)現(xiàn)過。助第一性原理研究V摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)及相關(guān)性質(zhì)的報(bào)道較少，本文利
8、用第一性原理方法對(duì)VZnl-x0(X=0，0．042，0．083，0．125)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，這種方法的可靠性已經(jīng)得到大量實(shí)際計(jì)算的驗(yàn)證’。1模型構(gòu)
