La摻雜對(duì)SnO2薄膜光學(xué)特性影響的第一性原理及實(shí)驗(yàn)分析

1、La摻雜對(duì)SnO2薄膜光學(xué)特性影響的第一性原理及實(shí)驗(yàn)分析 采用密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢(shì)方法探討了La 摻雜對(duì)SnO2光學(xué)特性的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展驗(yàn)證。理論分析說(shuō)明，由于La 的摻入，費(fèi)米能級(jí)上移進(jìn)入導(dǎo)帶，禁帶寬度變小，介電函數(shù)虛部與吸收譜發(fā)生紅移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明La 摻雜并沒(méi)有改變晶型構(gòu)造，晶格常數(shù)略微增大，晶粒尺寸減小。薄膜在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率除7% La 摻雜外均超過(guò)80%，且隨摻雜濃度增加禁帶寬度逐漸減小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相互驗(yàn)證，為稀土摻雜SnO2的研究提供依據(jù)。 第一代半導(dǎo)體材料以鍺、硅為代表，第二代以GaAs、InP 等化合物為代表，現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越關(guān)注第三代半導(dǎo)體

2、，即寬禁帶半導(dǎo)體，如SnO2等。SnO2空間群為P42/mnm，室溫下禁帶寬度為3.6 eV，激子束縛能高達(dá)130meV。正是由于較高的激子束縛能，使得SnO2為基的半導(dǎo)體材料有望成為更有發(fā)展?jié)摿Φ墓怆姴牧?。SnO2摻雜形成的材料因具有更高的電導(dǎo)率和光學(xué)透過(guò)率，廣泛用于太陽(yáng)能電池、有機(jī)半導(dǎo)體儀器中的有效電極，以及平板顯示、傳感器等方面，是當(dāng)前功能材料研究領(lǐng)域和工業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。 摻雜元素的不同使得SnO2的性能發(fā)生改變，因而，摻雜對(duì)SnO2材料光電性能影響的研究倍受關(guān)注，而稀土元素具有獨(dú)特的4f 電子構(gòu)造，其原子磁矩、自旋軌道耦合較強(qiáng)，形成配合物時(shí)的配位數(shù)在2 3變化，使它顯示出的特殊性質(zhì)逐

3、漸成為SnO2摻雜體系研究的重點(diǎn)。Evandro等用溶膠凝膠法制備了稀土(Er，Eu) 摻雜SnO2薄膜，樣品PL 譜的峰值發(fā)生了不同的位移。李健等采用真空氣相沉積法研究了Nd摻雜SnO2薄膜，摻雜后薄膜透光率下降。Li等通過(guò)水熱法制備La摻雜SnO2樣品，隨摻雜濃度增加，樣品晶粒尺寸減小并具有更好的分散性。雖然對(duì)稀土摻雜SnO2的改性開(kāi)展了一定研究，但因?qū)嶒?yàn)的工藝條件不同，且影響樣品微觀構(gòu)造的因素極其復(fù)雜，又缺少摻雜元素對(duì)電子構(gòu)造影響的詳細(xì)研究，從而導(dǎo)致對(duì)摻雜改性的機(jī)理說(shuō)法不一，改性效果也大相徑庭，而利用計(jì)算機(jī)對(duì)其開(kāi)展模擬計(jì)算，既克服實(shí)驗(yàn)因素的影響，又突出了摻雜效應(yīng)中的主要因素。Ph. Ba

4、rbarat 等用第一性原理研究了SnO2的電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)鍵性質(zhì)，分析了化學(xué)鍵與光學(xué)性質(zhì)間的關(guān)聯(lián)性。于峰等基于第一性原理的線性綴加平面波方法研究Al 摻雜SnO2材料，發(fā)現(xiàn)隨Al 摻雜量的增加帶隙逐漸增寬，且態(tài)密度整體向高能方向發(fā)生移動(dòng)。 目前為止，對(duì)于第一性原理的研究大多數(shù)都集中在F、Sb、In、Fe上，對(duì)稀土摻雜SnO2報(bào)道較少，本文結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)對(duì)La 摻雜SnO2薄膜的光學(xué)性能開(kāi)展分析，并為以后研究提供相應(yīng)的參考依據(jù)。 4、結(jié)論 基于理論與實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)La-SnO2薄膜開(kāi)展研究。理論計(jì)算說(shuō)明La 摻雜SnO2后帶隙減小，F(xiàn)ermi能級(jí)上移進(jìn)入導(dǎo)帶，晶體呈金屬性，同時(shí)2和吸收譜均向底能方向移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明摻雜后薄膜物相未發(fā)生改變，但晶粒尺寸減小，晶格常數(shù)略微增大。另外，樣品的透光率均達(dá)80% 以上除7%