表面效应对Li掺杂的ZnO薄膜材料p型电导的影响

司杭; 何海燕; 潘必才

doi:10.7498/aps.61.157301

摘要

利用第一性原理的方法研究了在ZnO非极性表面和极性表面的不同原子层中, 分别用Li原子去替位Zn原子(记为LiZn)后的相对稳定性和热离化能. 计算结果表明LiZn处于ZnO表面区域时的稳定性优于在ZnO体中时的稳定性, 并且LiZn在表面区域的热离化能要比它在体结构中的热离化能大很多, 于是, ZnO表面效应的存在会使Li掺杂的ZnO薄膜材料的p型导电能力大幅度降低. 这个结果对低维ZnO体系p型掺杂有着重要的指导意义. 我们进一步发现, 在不同的ZnO表面区域里LiZn的热离化能会表现出很大的差异是源于不同的表面具有不同的静电势分布.

关键词:

Abstract

By using the first-principles method, we study the relative stabilities and the thermal ionization energies of the doped Li (LiZn) in the different atomic layers for both the non-polar and polar surfaces. Our calculations indicate that the LiZn in the surface region is more stable than in the ZnO bulk, and the thermal ionization energy of the LiZn in the surface region is considerably bigger than in the ZnO bulk. So, the surface of ZnO film degrades the p-type conductivity of the Li-doped film significantly, which is important for the p-type doping in the low-dimensional ZnO system. Furthermore, we find that the observed difference in thermal ionization energy of LiZn between a surface and bulk actually stems from the different distributions of the electrostatic potentials between a surface and bulk.R66

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学技术大学物理系, 合肥 230026;

2.
合肥微尺度物质科学国家实验室(筹), 合肥 230026

基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20093402110029)和国家自然科学基金(批准号: 2009CB939901)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;

2.
Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale, Hefei 230026, China

Funds: Project supported by the Ph.D. Programs Fund of Ministry of Education of China (Grant No. 20093402110029), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 2009CB939901).

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