ZnO(0001)表面吸附B的电子结构和光学性质研究

张宇飞; 郭志友; 曹东兴

doi:10.7498/aps.60.066802

摘要

采用基于密度泛函理论的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似,对清洁ZnO(0001)表面及B/ZnO(0001)吸附体系进行了几何结构优化,计算了B/ZnO(0001)吸附体系的吸附能、能带结构、电子态密度和光学性质.计算结果表明:B在ZnO(0001)表面最稳定的吸附位置是T4位.吸附后B/ZnO(0001)吸附体系表面带隙有所减小,表面态的组成发生变化,n型导电特性有一定程度的减弱,同时,对紫外光的吸收能力显著增强.

关键词:

Abstract

The geometrical structure of clean ZnO(0001) surface and B/ZnO(0001) adsorption system are optimized by using the ultra-soft pseudopotential method of total-energy plane wave based on the density functional theory. Adsorption energy, band structure, density of states and optical properties are calculated and discussed in detail. The results reveal that the T4 site is the most stable adsorption site of ZnO(0001) surface. After a B atom is adsorbed on T4 site, the surface band gap narrows down and the surface state changes a lot, the n-type conduction characteristic is weakened. As for the optical properties, we can find that the absorbing ability of ZnO(0001) surface to ultraviolet light is obviously enhanced after the B atom has been adsorbed on the T4 site of ZnO(0001) surface.

Keywords:

作者及机构信息

1.
华南师范大学光电子材料与技术研究所,广州 510631

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60877069)和广东省科技攻关计划(批准号:2008B010200041,2007A010500011)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Optoelectronic Material and Technology, South China Normal University, Guangzhou 510631, China

参考文献

[1]	Fan X F, Zhu Z X, Soon O Y, Lu Y M, Shen Z X, Kuo J L 2007 Appl. Phys. Lett. 91 121121
[2]	Vaithianathan V, Lee B T, Kim S S 2005 J. Appl. Phys. 98 043519
[3]	Xiu F X, Yang Z, Mandalapu L J, Zhao D T, Liu J L 2005 Appl. Phys. Lett.87 252102
[4]	Lu J G, Ye Z Z, Zhuge F, Zeng Y J, Zhao B H, Zhu L P 2004 Appl. Phys. Lett. 85 3134
[5]	Wang Z J, Song L J, Li S C, Lu Y M, Tian Y X, Liu J Y, Wang L Y 2006 Chin. Phys. 15 2710
[6]	Xiong W, Zhao H 2007 Acta Phys. Sin. 56 1061 (in Chinese) [熊稳、赵铧 2007 56 1061]
[7]	Chang Y L, Zhang Q F, Sun H, Wu J L 2007 Acta Phys. Sin. 56 2399 (in Chinese)[常艳玲、张琦锋、孙晖、吴锦雷 2007 56 2399]
[8]	Yang J J, Fang Q Q, Wang B M, Wang C P, Zhou J, Li Y, Liu Y M, Lü Q R 2007 Acta Phys. Sin. 56 1116 (in Chinese) [杨景景、方庆清、王保明、王翠平、周军、李雁、刘艳美、吕庆荣 2007 56 1116]
[9]	Cao Q, Li X Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 1572 (in Chinese)[曹琦、李相银 2004 53 1572]
[10]	Zhang X T, Xiao Z Y, Zhang W L, Gao H, Wang Y X, Liu Y C, Zhang J Y, Xu W 2003 Acta Phys. Sin. 52 740 (in Chinese) [张喜田、肖芝燕、张伟力、高红、王玉玺、刘益春、张吉英、许武 2003 52 740]
[11]	Stolt L, Hedstrom J, Kessler J, Ruckh M, Velthaus K O, Schock H W 1993 Appl. Phys. Lett. 62 597
[12]	Wacogne B, Roe M P, Pattinson T J, Pannell C N 1995 Appl.Phys. Lett. 67 1674
[13]	Bagnall D M, Chen Y F, Zhu Z, Yao T, Koyama S, Shen M Y, Goto T 1997 Appl. Phys. Lett. 70 2230
[14]	Ryu Y R, Kim W J, White H W 2000 J. Cryst. Growth 19 419
[15]	Zhou X, Wang S Q, Lian G J, Xiong G C 2006 Chin. Phys. 15 999
[16]	Yan Y H, Hou X, Gao H 2006 Acta Phys. Sin. 55 446 (in Chinense) [袁艳红、侯洵、高恒 2006 55 446]
[17]	Wang F F, Cao L, Liu R B, Pan A L, Zou B S 2007 Chin. Phys. 16 1790
[18]	Liu X C, Shi E W, Chen Z Z, Zhang H W, Zhang T, Song L X 2007 Chin. Phys. 16 1770
[19]	Grossner U, Gabrielsen S, Borseth T M, Grillenberger J, Kuznetsov A Y, Svensson B G 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2259
[20]	Endo H, Sugibuchi M, Takahashi K, Goto S, Sugimura S, Hane K, Kashiwaba Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 121906
[21]	Allen M W, Durbin S M 2008 Appl. Phys. Lett. 92 122110
[22]	Segall M D, Lindan P J D, Probert M J 2002 J. Phys.: Condens. Matter. 14 2717
[23]	Keiji W, Masatoshi S, Hideaki T 2001 Electrochemistry 69 407
[24]	Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892
[25]	Karzel H, Potzel W, Köfferlein M, Schiessl W, M.Steiner, Hiller U, Kalvius G M 1996 Phys. Rev. B 53 11425
[26]	Michaelides A, Ranea V A, Andres P L, King D A 2004 Phys. Rev. B 69 075409
[27]	Taylor C D, Wasileski S A, Filhol J S, Neurock M 2006 Phys. Rev. B 73 165402
[28]	Nishidate K, Yoshizawa M, Hasegawa M 2008 Phys. Rev. B 77 035330
[29]	Li Q, Fan G H, Xiong W P, Zhang Y 2010 Acta Phys.Sin. 59 4170 (in Chinense) [李琦、范广涵、熊伟平、章勇 2010 59 4170] 〖30] Shen X C 1992 Spectrum and Optical Property of Semiconductor (Beijing: Science Press) (in Chinese) [沈学础 1992 半导体光谱和光学性质(第二版)(北京:科学出版社)]

施引文献

[1]	Fan X F, Zhu Z X, Soon O Y, Lu Y M, Shen Z X, Kuo J L 2007 Appl. Phys. Lett. 91 121121
[2]	Vaithianathan V, Lee B T, Kim S S 2005 J. Appl. Phys. 98 043519
[3]	Xiu F X, Yang Z, Mandalapu L J, Zhao D T, Liu J L 2005 Appl. Phys. Lett.87 252102
[4]	Lu J G, Ye Z Z, Zhuge F, Zeng Y J, Zhao B H, Zhu L P 2004 Appl. Phys. Lett. 85 3134
[5]	Wang Z J, Song L J, Li S C, Lu Y M, Tian Y X, Liu J Y, Wang L Y 2006 Chin. Phys. 15 2710
[6]	Xiong W, Zhao H 2007 Acta Phys. Sin. 56 1061 (in Chinese) [熊稳、赵铧 2007 56 1061]
[7]	Chang Y L, Zhang Q F, Sun H, Wu J L 2007 Acta Phys. Sin. 56 2399 (in Chinese)[常艳玲、张琦锋、孙晖、吴锦雷 2007 56 2399]
[8]	Yang J J, Fang Q Q, Wang B M, Wang C P, Zhou J, Li Y, Liu Y M, Lü Q R 2007 Acta Phys. Sin. 56 1116 (in Chinese) [杨景景、方庆清、王保明、王翠平、周军、李雁、刘艳美、吕庆荣 2007 56 1116]
[9]	Cao Q, Li X Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 1572 (in Chinese)[曹琦、李相银 2004 53 1572]
[10]	Zhang X T, Xiao Z Y, Zhang W L, Gao H, Wang Y X, Liu Y C, Zhang J Y, Xu W 2003 Acta Phys. Sin. 52 740 (in Chinese) [张喜田、肖芝燕、张伟力、高红、王玉玺、刘益春、张吉英、许武 2003 52 740]
[11]	Stolt L, Hedstrom J, Kessler J, Ruckh M, Velthaus K O, Schock H W 1993 Appl. Phys. Lett. 62 597
[12]	Wacogne B, Roe M P, Pattinson T J, Pannell C N 1995 Appl.Phys. Lett. 67 1674
[13]	Bagnall D M, Chen Y F, Zhu Z, Yao T, Koyama S, Shen M Y, Goto T 1997 Appl. Phys. Lett. 70 2230
[14]	Ryu Y R, Kim W J, White H W 2000 J. Cryst. Growth 19 419
[15]	Zhou X, Wang S Q, Lian G J, Xiong G C 2006 Chin. Phys. 15 999
[16]	Yan Y H, Hou X, Gao H 2006 Acta Phys. Sin. 55 446 (in Chinense) [袁艳红、侯洵、高恒 2006 55 446]
[17]	Wang F F, Cao L, Liu R B, Pan A L, Zou B S 2007 Chin. Phys. 16 1790
[18]	Liu X C, Shi E W, Chen Z Z, Zhang H W, Zhang T, Song L X 2007 Chin. Phys. 16 1770
[19]	Grossner U, Gabrielsen S, Borseth T M, Grillenberger J, Kuznetsov A Y, Svensson B G 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2259
[20]	Endo H, Sugibuchi M, Takahashi K, Goto S, Sugimura S, Hane K, Kashiwaba Y 2007 Appl. Phys. Lett. 90 121906
[21]	Allen M W, Durbin S M 2008 Appl. Phys. Lett. 92 122110
[22]	Segall M D, Lindan P J D, Probert M J 2002 J. Phys.: Condens. Matter. 14 2717
[23]	Keiji W, Masatoshi S, Hideaki T 2001 Electrochemistry 69 407
[24]	Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892
[25]	Karzel H, Potzel W, Köfferlein M, Schiessl W, M.Steiner, Hiller U, Kalvius G M 1996 Phys. Rev. B 53 11425
[26]	Michaelides A, Ranea V A, Andres P L, King D A 2004 Phys. Rev. B 69 075409
[27]	Taylor C D, Wasileski S A, Filhol J S, Neurock M 2006 Phys. Rev. B 73 165402
[28]	Nishidate K, Yoshizawa M, Hasegawa M 2008 Phys. Rev. B 77 035330
[29]	Li Q, Fan G H, Xiong W P, Zhang Y 2010 Acta Phys.Sin. 59 4170 (in Chinense) [李琦、范广涵、熊伟平、章勇 2010 59 4170] 〖30] Shen X C 1992 Spectrum and Optical Property of Semiconductor (Beijing: Science Press) (in Chinese) [沈学础 1992 半导体光谱和光学性质(第二版)(北京:科学出版社)]

[1]	潘凤春, 林雪玲, 曹志杰, 李小伏. Fe, Co, Ni掺杂GaSb的电子结构和光学性质. , 2019, 68(18): 184202. doi: 10.7498/aps.68.20190290
[2]	张丽丽, 夏桐, 刘桂安, 雷博程, 赵旭才, 王少霞, 黄以能. 第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. , 2019, 68(1): 017401. doi: 10.7498/aps.68.20181531
[3]	胡永金, 吴云沛, 刘国营, 罗时军, 何开华. ZnTe结构相变、电子结构和光学性质的研究. , 2015, 64(22): 227802. doi: 10.7498/aps.64.227802
[4]	吴琼, 刘俊, 董前民, 刘阳, 梁培, 舒海波. 硫化锡电子结构和光学性质的量子尺寸效应. , 2014, 63(6): 067101. doi: 10.7498/aps.63.067101
[5]	何静芳, 郑树凯, 周鹏力, 史茹倩, 闫小兵. Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算. , 2014, 63(4): 046301. doi: 10.7498/aps.63.046301
[6]	李建华, 崔元顺, 曾祥华, 陈贵宾. ZnS结构相变、电子结构和光学性质的研究. , 2013, 62(7): 077102. doi: 10.7498/aps.62.077102
[7]	潘磊, 卢铁城, 苏锐, 王跃忠, 齐建起, 付佳, 张燚, 贺端威. -AlON晶体电子结构和光学性质研究. , 2012, 61(2): 027101. doi: 10.7498/aps.61.027101
[8]	杜玉杰, 常本康, 张俊举, 李飙, 王晓晖. GaN(0001)表面电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2012, 61(6): 067101. doi: 10.7498/aps.61.067101
[9]	焦照勇, 杨继飞, 张现周, 马淑红, 郭永亮. 闪锌矿GaN弹性性质、电子结构和光学性质外压力效应的理论研究. , 2011, 60(11): 117103. doi: 10.7498/aps.60.117103
[10]	陈秋云, 赖新春, 王小英, 张永彬, 谭世勇. UO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究. , 2010, 59(7): 4945-4949. doi: 10.7498/aps.59.4945
[11]	梁伟华, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 郭建新, 吴转花, 王英龙. 镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2010, 59(11): 8071-8077. doi: 10.7498/aps.59.8071
[12]	李旭珍, 谢泉, 陈茜, 赵凤娟, 崔冬萌. OsSi2电子结构和光学性质的研究. , 2010, 59(3): 2016-2021. doi: 10.7498/aps.59.2016
[13]	郭建云, 郑广, 何开华, 陈敬中. Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究. , 2008, 57(6): 3740-3746. doi: 10.7498/aps.57.3740
[14]	邢海英, 范广涵, 赵德刚, 何苗, 章勇, 周天明. Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究. , 2008, 57(10): 6513-6519. doi: 10.7498/aps.57.6513
[15]	毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
[16]	段满益, 徐明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军. 碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质. , 2008, 57(10): 6520-6525. doi: 10.7498/aps.57.6520
[17]	丁迎春, 向安平, 徐明, 祝文军. 掺稀土元素(Y，La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质. , 2007, 56(10): 5996-6002. doi: 10.7498/aps.56.5996
[18]	沈益斌, 周勋, 徐明, 丁迎春, 段满益, 令狐荣锋, 祝文军. 过渡金属掺杂ZnO的电子结构和光学性质. , 2007, 56(6): 3440-3445. doi: 10.7498/aps.56.3440
[19]	段满益, 徐明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
[20]	潘洪哲, 徐明, 祝文军, 周海平. β-Si3N4电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2006, 55(7): 3585-3589. doi: 10.7498/aps.55.3585

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