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ZnO纳米材料的第一性原理研究

作　者: 尹爱查
导　师: 房晓勇
学　校: 燕山大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: ZnO纳米线 ZnO纳米管氧空位第一性原理计算光电导率散射机制
分类号: TQ132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 91次
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内容摘要

ZnO是一种性能优异的宽禁带半导体，在光电、压电、热电、场发射、气敏特性等各个领域都具有广泛的应用，特别是作为一种宽禁带半导体光电材料，ZnO纳米材料受到全世界的关注。由于工艺条件等原因，ZnO纳米材料存在氧空位和锌间隙等本征点缺陷。空位缺陷是半导体材料中比较重要的缺陷形式之一，它通过产生深能级来俘获载流子，通过与其他缺陷相互作用来影响材料的性质。论文以研究ZnO纳米材料为目的，基于密度泛函理论的第一性原理，对ZnO纳米线和纳米管的电子结构和光学性质进行了研究。论文主要内容如下：首先，阐述了纳米材料的发展过程和ZnO纳米材料的结构、基本性质和应用，并叙述了本论文的研究目的及主要内容。其次，论文通过对相同横截面直径的ZnO纳米线和纳米管的能带结构和态密度的研究，分析三种结构能带图和态密度图的变化。同时，对三角ZnO纳米线的电子结构和稳定性进行了研究，分析尺寸效应对纳米线的影响，通过与文献数据的对比，证实了论文计算是可靠的。最后，论文通过对N掺杂单臂ZnO纳米管的电子结构和光电导率的模拟计算，研究掺杂以后光电导的变化。并且模拟计算了带有O空位的ZnO纳米线的光电导谱及其散射机制。通过与本征态ZnO纳米线计算结果进行对比，分析O空位对光电导率谱的影响，并通过对散射机制引起电导率的变化计算研究O空位影响光电导的主要散射机制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 氧化锌纳米材料的研究背景及应用  9-13
  1.2 氧化锌纳米线和纳米管的结构及基本性质  13-14
    1.2.1 氧化锌纳米线  13-14
    1.2.2 氧化锌纳米管  14
  1.3 研究的目的和意义  14-15
  1.4 研究的主要内容  15-17
第2章第一性原理计算方法  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 Born-Oppenheimer 近似和 Hartree-Fock 近似  17-18
  2.3 密度泛函理论和交换关联泛函  18-20
  2.4 超软赝势  20
  2.5 DMOL3 简介  20-21
  2.6 CASTEP 简介  21-22
  2.7 本章小结  22-23
第3章氧化锌纳米材料的电子结构  23-34
  3.1 引言  23
  3.2 计算方法  23-24
  3.3 氧化锌纳米材料的电子结构  24-28
  3.4 不同直径纳米线的电子结构及稳定性  28-33
    3.4.1 三角 ZnO 纳米线的电子结构  28-32
    3.4.2 三角 ZnO 纳米线的稳定性  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章掺杂氧化锌纳米材料的光电性质  34-50
  4.1 引言  34
  4.2 计算方法  34-35
  4.3 氮掺杂对纳米管光电性质的影响  35-40
    4.3.1 氮掺杂对电子结构的影响  35-38
    4.3.2 氮掺杂对光电导的影响  38-40
  4.4 氧空位对纳米线光电性质的影响  40-48
    4.4.1 氧空位对电子结构的影响  40-43
    4.4.2 氧空位对光电导率的影响  43-44
    4.4.3 氧空位作用机制的理论分析  44-48
  4.5 本章小结  48-50
结论  50-52
参考文献  52-56
攻读硕士学位期间参加的科研任务与主要成果  56-57
致谢  57-58
作者简介  58

ZnO纳米材料的第一性原理研究

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