压应力对S掺杂ZnO光电特性影响的模拟实验设计与研究.docx

摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接宽带隙半导体材料,具备很高的激子结合能(60meV)。ZnO同时具备优良的物理与化学性能,使其在蓝紫光发光器件、紫外探测器件及短波长激子型激光器等领域具有广阔的发展空间。此外，ZnO还具有良好的化学稳定性、热稳定性和机电耦合性，易于掺杂其它元素，制成性能更加优越的材料。所以深入的研究ZnO对材料设计行业有着重大意义。

本文运用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，对S离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算，计算了压应力条件下ZnO体系的光学特性，分析了压应力对ZnO光学性质的影响。从理论上给出掺杂ZnO材料的电子能带结构和光学性质的关系，结合模拟实验结果定性的分析掺杂S后ZnO光学性质的变化。

关键词 ZnO；第一性原理；压应力；能带结构；光学性质

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 ZnO的光电应用-1

1.2 利用计算机研究ZnO光电性质的现状-2

1.3 掺杂ZnO的研究进展-3

1.4 压应力的研究意义及研究进展-3

2 第一性原理-6

2.1量子化学计算方法与应用-6

2.2 密度泛函理论-8

2.3 Hohenberg-Kohn定理-9

2.4密度泛函理论计算的准确性-11

3 压应力对S掺杂ZnO电子结构和光学性质的影响-12

3.1 理论模型及计算方法-12

3.1.1 理论模型-12

3.1.2 计算方法-13

3.1.3 模拟实验典型案例展示-13

3.2 计算结果与讨论-18

3.2.1 结构优化-18

3.2.2 S掺杂ZnO 晶胞电子结构-19

3.2.3 外压调制下ZnO光学性质-22

结论-25

致谢-26

参考文献-27