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N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

濮春英 李洪婧 唐鑫 张庆瑜

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N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

濮春英, 李洪婧, 唐鑫, 张庆瑜

Optical properties of N-doped Cu2O films and relevant analysis with first-principles calculations

Pu Chun-Ying, Li Hong-Jing, Tang Xin, Zhang Qing-Yu
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  • 采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu2O薄膜.透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu2O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu2O的光学禁带宽度增加.不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度Eg=2.52± 0.03 eV.第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu2O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合.N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu2O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因.
    N-doped Cu2O films are deposited at different temperatures by sputtering a CuO target in the mixture of Ar and N2. By the analysis of transmission spectra, it is found that the N-doped Cu2O films are changed into a direct allowed band-gap semiconductor and the optical band gap energy is enlarged to 2.52±0.03 eV for the films deposited at different temperatures. The first-principles calculations indicate that the energy band gap increase by 25%, which is in good agreement with the experimental result. The change from a direct forbidden band-gap transition to a direct allowed band-gap transition can be attributed to the occupation of 2p electrons of N at the top of valence band in the N-doped Cu2O film.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10904021)和国家重点基础研究发展计划(批准号: 2007CB616902)资助的课题.
    • Funds: Projected supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10904021), and the Key Basic Research Project from the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2007CB616902).
    [1]

    Roos A, Chibuye T, Karlsson B 1983 Solar Energy Materials 7 453

    [2]

    Ghisjen J, Tjeng L H, Elp J, Eskes H, Westerink J, Sawatzky G A, Czyzyk M T 1988 Phys. Rev. B 38 11322

    [3]

    Matsuzaki K, Nomura K, Yanagi H, Kamiya T, Hirano M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 202107

    [4]

    Akimoto K, Ishizuka S, Yanagita M, Nawa Y, Goutam K P, Sakurai T 2006 Solar Energy 80 715

    [5]

    Rakshani A E 1986 Solid State Electron. 29 7

    [6]

    Mizuno K, IzakiM,Murase K, Shinagawa T, ChiganeM, InabaM, Tasaka A, Awakura Y 2005 Journal of the Electrochemical Society 152 C179

    [7]

    Ivill M, Overberg M E, Abernathy C R, Norton D P, Hebard A F, Theodoropoulou N, Budai J D 2003 Solid-State Electronics 47 2215

    [8]

    Ishizuka S,Kato S Akaimoto Y 2002 Appl. Phys. Lett. 80 950

    [9]

    Kikuchi N, Tonooka K 2005 Thin Solid Films 486 33

    [10]

    Ishizuka S, Kato S, Maruyama T, Akimoto K 2001 Jpn. J. Appl . Phys. 40 2765

    [11]

    Nakano Y, Saeki S,Morikawa T 2009 Appl. Phys. Lett. 94 022111

    [12]

    Shen X C 2002 Spectra and Optical Properties of Semiconductors (Beijing: Science Press) 2002 (in Chinese) [沈学础 2002 半导体光谱和光学性质(北京: 科学出版社)]

    [13]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. B 36 864

    [14]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [15]

    Adolph B, Furthmuller J, Bechstedt F 2001 Phys. Rev. B 63 125108

    [16]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [17]

    Kresse G, Furthmuller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [18]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [19]

    Wei S H 2004 Computational Materials Science 30 337

    [20]

    Li H J,Ma C Y, Li S, DongWJ, Zhang Q Y Journal of Functional Materials(Accepted) [李洪婧, 马春雨, 李帅, 董武军, 张庆瑜 {功能材料 ] (已接收)

  • [1]

    Roos A, Chibuye T, Karlsson B 1983 Solar Energy Materials 7 453

    [2]

    Ghisjen J, Tjeng L H, Elp J, Eskes H, Westerink J, Sawatzky G A, Czyzyk M T 1988 Phys. Rev. B 38 11322

    [3]

    Matsuzaki K, Nomura K, Yanagi H, Kamiya T, Hirano M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 202107

    [4]

    Akimoto K, Ishizuka S, Yanagita M, Nawa Y, Goutam K P, Sakurai T 2006 Solar Energy 80 715

    [5]

    Rakshani A E 1986 Solid State Electron. 29 7

    [6]

    Mizuno K, IzakiM,Murase K, Shinagawa T, ChiganeM, InabaM, Tasaka A, Awakura Y 2005 Journal of the Electrochemical Society 152 C179

    [7]

    Ivill M, Overberg M E, Abernathy C R, Norton D P, Hebard A F, Theodoropoulou N, Budai J D 2003 Solid-State Electronics 47 2215

    [8]

    Ishizuka S,Kato S Akaimoto Y 2002 Appl. Phys. Lett. 80 950

    [9]

    Kikuchi N, Tonooka K 2005 Thin Solid Films 486 33

    [10]

    Ishizuka S, Kato S, Maruyama T, Akimoto K 2001 Jpn. J. Appl . Phys. 40 2765

    [11]

    Nakano Y, Saeki S,Morikawa T 2009 Appl. Phys. Lett. 94 022111

    [12]

    Shen X C 2002 Spectra and Optical Properties of Semiconductors (Beijing: Science Press) 2002 (in Chinese) [沈学础 2002 半导体光谱和光学性质(北京: 科学出版社)]

    [13]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. B 36 864

    [14]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [15]

    Adolph B, Furthmuller J, Bechstedt F 2001 Phys. Rev. B 63 125108

    [16]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [17]

    Kresse G, Furthmuller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [18]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [19]

    Wei S H 2004 Computational Materials Science 30 337

    [20]

    Li H J,Ma C Y, Li S, DongWJ, Zhang Q Y Journal of Functional Materials(Accepted) [李洪婧, 马春雨, 李帅, 董武军, 张庆瑜 {功能材料 ] (已接收)

  • [1] 时凯居, 李睿, 李长富, 王成新, 徐现刚, 冀子武. 荧光法测定半导体禁带宽度.  , 2022, 71(6): 067803. doi: 10.7498/aps.71.20211894
    [2] 李海涛, 江亚晓, 涂丽敏, 李少华, 潘玲, 李文标, 杨仕娥, 陈永生. 退火温度对电子束蒸发沉积Cu2O薄膜性能的影响.  , 2018, 67(5): 053301. doi: 10.7498/aps.67.20172463
    [3] 王晓旭, 赵琉涛, 成海霞, 钱萍. La3Co29-xFexSi4B10的择优占位、电子结构和晶格振动性质的理论研究.  , 2016, 65(5): 057103. doi: 10.7498/aps.65.057103
    [4] 饶雪, 王如志, 曹觉先, 严辉. 掺杂GaN/AlN超晶格第一性原理计算研究.  , 2015, 64(10): 107303. doi: 10.7498/aps.64.107303
    [5] 徐朝鹏, 王永贞, 张伟, 王倩, 吴国庆. Tl掺杂对InI禁带宽度和吸收边带影响的第一性原理研究.  , 2014, 63(14): 147102. doi: 10.7498/aps.63.147102
    [6] 刘超, 魏志鹏, 安宁, 何斌太, 刘鹏程, 刘国军. InGaAsSb四元合金材料禁带宽度的计算方法.  , 2014, 63(24): 248102. doi: 10.7498/aps.63.248102
    [7] 侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究.  , 2013, 62(3): 037101. doi: 10.7498/aps.62.037101
    [8] 苗瑞霞, 张玉明, 汤晓燕, 张义门. 4H-SiC中基面位错发光特性研究.  , 2011, 60(3): 037808. doi: 10.7498/aps.60.037808
    [9] 汪 华, 刘世林, 刘 杰, 王凤燕, 姜 波, 杨学明. N2O+离子A2Σ+电子态高振动能级的转动结构分析.  , 2008, 57(2): 796-802. doi: 10.7498/aps.57.796
    [10] 周 军, 方庆清, 王保明, 刘艳美, 李 貌, 闫方亮, 王胜男. 镁含量和热处理对Zn1-xMgxO薄膜结构和发光性能的影响.  , 2008, 57(10): 6614-6619. doi: 10.7498/aps.57.6614
    [11] 侯 永, 袁建民. 第一性原理对金的高压相变和零温物态方程的计算.  , 2007, 56(6): 3458-3463. doi: 10.7498/aps.56.3458
    [12] 李 晖, 谢二庆, 张洪亮, 潘孝军, 张永哲. 火焰喷雾法合成ZnO和MgxZn1-xO纳米颗粒的光学性能研究.  , 2007, 56(6): 3584-3588. doi: 10.7498/aps.56.3584
    [13] 徐 慧, 郭爱敏, 马松山. 碱基序列对DNA分子电子结构的影响.  , 2007, 56(2): 1208-1213. doi: 10.7498/aps.56.1208
    [14] 徐 慧, 邓超生, 刘小良, 马松山, 伍晓赞. 一维长程关联无序系统中的电子态.  , 2007, 56(3): 1643-1648. doi: 10.7498/aps.56.1643
    [15] 靳锡联, 娄世云, 孔德国, 李蕴才, 杜祖亮. Mg掺杂ZnO所致的禁带宽度增大现象研究.  , 2006, 55(9): 4809-4815. doi: 10.7498/aps.55.4809
    [16] 蔡建秋, 陶向明, 陈文斌, 赵新新, 谭明秋. Cu(100) (2×22)R45°-O的表面结构与电子态的密度泛函研究.  , 2005, 54(11): 5350-5355. doi: 10.7498/aps.54.5350
    [17] 陶向明, 谭明秋, 徐小军, 蔡建秋, 陈文斌, 赵新新. c(2×2)O吸附Cu(001)表面结构、电子态与STM图像的研究.  , 2004, 53(11): 3858-3862. doi: 10.7498/aps.53.3858
    [18] 李宏年, 何少龙, 李海洋. Yb2.75C60价带光电子能谱.  , 2004, 53(1): 244-247. doi: 10.7498/aps.53.244
    [19] 舒斌, 戴显英, 张鹤鸣. pn结电容-电压法测量应变SiGe禁带宽度.  , 2004, 53(1): 235-238. doi: 10.7498/aps.53.235
    [20] 傅柔励, 帅志刚, 孙鑫. 电子相互作用对聚合物能带宽度的影响.  , 1990, 39(4): 607-613. doi: 10.7498/aps.39.607
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-04-14
  • 修回日期:  2011-06-18
  • 刊出日期:  2012-02-05

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