王丽丽，季燕菊，付刚

(山东建筑大学理学院，山东 济南 250101)

0 引言

近些年来，纤锌矿ZnO的Ⅱ－Ⅵ族直接带隙宽禁带氧化物半导体材料成为研究的热点。它具有大光电耦合系数、低介电常数、高化学稳定性、高的激子结合能(60mev)及优良的光电、压电特性，它在室温下的禁带宽度为3.2eV[1]，在透明导电薄膜、光电器件等领域有广泛的应用[2－4]。在 ZnO中掺杂不同的元素，能改变ZnO的结构和带隙宽度，使掺杂ZnO具有新的特性。理论计算表明[5]，ZnO掺杂V、Cr、Co等元素能够产生自旋极化，形成高于室温的稀磁性透明半导体[6]，是下一代微电子和光电子领域自旋电子学器件有重要价值的材料之一。根据理论计算，V掺杂的ZnO膜具有最高的居里温度。Saeki等[7]利用激光脉冲法制备出居里温度高于350K的钒掺杂铁磁性氧化锌膜。Vyatkin实验小组[8]用钒离子注入法获得氧化锌磁性膜。目前借助第一性原理研究V掺杂ZnO的电子结构及相关性质的报道较少，本文利用第一性原理方法对VxZn1－xO(X=0，0.042，0.083，0.125)的结构进行了研究，这种方法的可靠性已经得到大量实际计算的验证[9，10]。

1 模型构建与计算方法

本文采用基于密度泛函理论(DFT)和平面波赝势技术的CASTEP软件包对纤锌矿VxZn1－xO的能带结构和态密度进行了计算，为尽量减少平面波基矢个数，采用了超软赝势来描述离子实与价电子之间的相互作用，选取 O-2s22p4，Zn-3d104s2，V-3d34s2组态电子作为价电子，其余轨道电子视为芯电子进行计算。

理想的 ZnO是六方纤锌矿结构，对称性为C6v－4，属于 P63mc空间群，每个原胞有 4个原子，晶格常数为 a=b=0.3249nm，c=0.5206nm，α =β=90°，γ =120°，其中 c/a 为1.602。……