ZnTe及稀土掺杂ZnTe电子结构和电学性质的研究

论文摘要

结合CdS/CdTe太阳电池背接触低阻的制备要求考虑,利用基于密度泛函理论平面波超软赝势方法和广义梯度近似,计算了ZnTe、Gd掺杂ZnTe、Y掺杂ZnTe、La掺杂ZnTe、Nd掺杂ZnTe的能带结构和电子态密度,并分析电子结构,结果表明,Y、La掺杂ZnTe电子有效质量减小,Gd、Nd掺杂ZnTe电子有效质量增大,Gd、Y、La掺杂可使载流子发生简并,且载流子浓度数量级相近。几何优化后得到了Gd、Y、La、Nd掺杂ZnTe的晶格常数,并分别计算了Gd、Y、La, Nd掺杂ZnTe与纯ZnTe的晶格失配,发现Gd、Y、La掺杂后晶格常数均变大,晶格失配分别为13.5%、5.944%、23.4%,Nd掺杂后晶格常数变小,并且Nd掺杂ZnTe与纯ZnTe晶格失配最小仅为4.03%。计算发现ZnTe导电类型为p型,稀土Y、Gd、La掺杂ZnTe导电类型改变为n型,Nd掺杂ZnTe导电类型为强p型。采用双源真空蒸发法制备ZnTe及Nd掺杂ZnTe薄膜,在150℃、175℃、200℃、225℃条件下氩气保护中热处理30min,进行XPS能谱和霍尔效应测试,并分析电学性质。结果表明,Nd掺杂使Zn化学位移减小,且促进ZnTe薄膜中Zn与Te的化合,使Zn与Te更接近化学计量比,Nd掺杂ZnTe薄膜导电类型为P型,体载流子浓度随热处理温度升高逐渐降低,迁移率随热处理温度升高逐渐增大,导电性能较掺杂前有明显提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 ZnTe及其掺杂特性的研究背景及现状
• 1.1.1 ZnTe及其掺杂特性的研究背景
• 1.1.2 ZnTe及其掺杂特性的研究现状
• 1.2 ZnTe及其掺杂特性的研究意义
• 第二章 电子结构计算的理论依据
• 2.1 薛定谔方程及赝势法
• 2.1.1 薛定谔方程
• 2.1.2 赝势法
• 2.2 密度泛函理论和广义梯度近似
• 2.2.1 密度泛函理论
• 2.2.2 广义梯度近似
• 2.3 迭代法的一般形式及其收敛性
• 2.4 快速傅里叶变换
• 2.4.1 周期函数的三角插值
• 2.4.2 快速傅里叶变换
• 第三章 理想ZnTe电子结构及电学性质
• 3.1 计算模型与计算方法
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 计算方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 能带结构与有效质量
• 3.2.2 电子态密度与载流子浓度
• 第四章 Gd、Y、La掺杂ZnTe电子结构及电学性质
• 4.1 计算模型与计算方法
• 4.1.1 计算模型
• 4.1.2 计算方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 晶格常数与晶格失配
• 4.2.2 能带结构与有效质量
• 4.2.3 电子态密度与载流子浓度
• 第五章 Nd掺杂ZnTe电子结构及电学性质
• 5.1 计算模型与计算方法
• 5.1.1 计算模型
• 5.1.2 计算方法
• 5.2 计算结果与分析
• 5.2.1 晶格常数与晶格失配
• 5.2.2 能带结构与有效质量
• 5.2.3 电子态密度
• 5.3 ZnTe及Nd掺杂ZnTe薄膜制备
• 5.3.1 制备方法
• 5.3.2 热处理方法
• 5.4 样品测试
• 5.4.1 XPS测试
• 5.4.2 霍尔效应测试
• 5.5 实验结果与分析
• 5.5.1 XPS能谱
• 5.5.2 霍尔效应
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录