Cr掺杂对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

来源期刊：功能材料2016年第9期

论文作者：高艺涵 侯清玉 赵春旺

文章页码：9106 - 9111

关键词：Cr掺杂ZnO;光学带隙;吸收光谱;第一性原理;

摘    要：当Cr掺杂ZnO的摩尔数为0.0313⁰.0625的范围内,掺杂体系的最小光学带隙宽度和吸收光谱分布随Cr掺杂浓度的变化出现了两类相反的实验结果。为了解决本问题,采用密度泛函理论（DFT）框架下的广义梯度近似（GGA+U）平面波超软赝势方法,用PBE泛函的计算方案来描述电子间的交换关联能,对未掺杂ZnO和3种不同浓度Cr掺杂ZnO超胞模型进行了能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱的计算。结果表明,当Cr掺杂摩尔数为0.0313⁰.0625的范围内,随着Cr掺杂量增加,掺杂体系的晶格常数和体积增大,总能量和形成能减小,结构更稳定,掺杂更容易,最小光学带隙宽度增大,吸收光谱显著蓝移。计算结果与实验结果相一致,并合理解释了存在的问题。这对制备Cr掺杂ZnO中实现短波长光学器件有一定的理论指导作用。