N掺杂ZnO纳米线电子结构和稳定性的第一性原理计算

编号：NMJS04227

篇名：N掺杂ZnO纳米线电子结构和稳定性的第一性原理计算

作者：付艳花； 李远洁

关键词：第一性原理； 氮掺杂； 氧化锌纳米线； 能带结构； 形成能

机构： 西安交通大学电子与信息工程学院； 西安 710049

摘要： 基于密度泛函理论第一性原理的方法计算了 N 掺杂 ZnO 纳米线的形成能、能带结构和态密度。研究了 N 掺杂浓度和 N 原子替换掺杂位置对ZnO 纳米线结构的稳定性和能带结构的影响。计算结果表明，未掺杂的 ZnO 纳米线为直接带隙半导体，理论计算的带隙值为 1.74 eV。当 N 掺杂的摩尔分数为 2.08%(1 个 N 原子掺杂)时，N 替换 ZnO 纳米线第一层最外层位置处的 O 原子时，体系形成能最低，为 4.398eV，纳米线结构最为稳定；而当 N 掺杂的摩尔分数为 4.16% (2 个 N 原子掺杂)时，N 替换 ZnO 纳米线第一层最外层和中心位置处的 O 原子时体系形成能最低，为 8.508 eV，纳米线结构最为稳定。此外，两种 N 掺杂的 ZnO 纳米线分别在价带顶上方 0.49eV 和 0.63eV 处形成 N 杂质能级，1 个 N 原子掺杂的纳米线结构比 2 个 N原子掺杂的纳米线结构具有更浅的 N 杂质能级。因此，低 N 掺杂量更容易对 ZnO 纳米线结构进行 p 型掺杂，从而为实现 p 型 N 掺杂 ZnO 纳米线提供理论分析依据。