李　河

(广州JFE钢板有限公司，广东　广州　511464)



第一性原理研究Cu对ZnO电子结构的影响

李河

(广州JFE钢板有限公司，广东广州511464)

通过第一性原理方法研究了铜元素在氧化锌结构中的电子结构的影响，经过理论计算结果发现：由于在氧化锌电子结构中通过加入铜元素电子结构的介入，使氧化锌的能带结构中出现了较明显的电子局域化现象，并使氧化锌电子结构中的费米能级附近出现了新的能级，使氧化锌的价带顶的电子不能有效参与导电，从而提高了氧化锌在掺入铜元素薄膜的电阻率。

第一性原理；铜；氧化锌；掺杂

近些年来，由于氧化锌(ZnO)是一种具有多种功能的直接宽禁带半导体材料，其在透明导电薄膜[1]，同质p-n结，紫外激光发射[2]，低维纳米结构[3]等很多方面都取得了突破进展。在器件方面，如发光二极管[4]、紫外探测器[5]和与其相关的器件等潜在的实际应用价值，也引起了科学研究者高度关注。ZnO在信息存储材料、太阳能电池、压电转换器件、表面声波器件、气敏传感元件和湿敏传感元件等光电器件领域得到了广泛的应用研究。同时，单晶体ZnO也展现出闪烁、发光、电光、压电、半导体等性能[6]，从而使ZnO继氮化镓(GaN)之后成为了光电子领域又一个热点研究对象。

铜(Cu)作为IB族元素，比锌(Zn)少一个电子，在矿物中Cu与Zn易形成铜锌伴生矿，可以制备黄铜。很多研究者利用其易伴生特点，将Cu作为ZnO薄膜的掺杂元素，希望获得较好的电学性能。但通过掺杂发现，Cu在10at%，15at%和20at%三种摩尔比ZnO中掺杂(ZnO:Cu)，均未得到很好的电学性能，薄膜的电阻率很高[7]。……