La摻雜對SnO2薄膜光學特性影響的第一性原理及實驗分析

1、La摻雜對SnO2薄膜光學特性影響的第一性原理及實驗分析 采用密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢方法探討了La 摻雜對SnO2光學特性的影響，并通過實驗開展驗證。理論分析說明，由于La 的摻入，費米能級上移進入導帶，禁帶寬度變小，介電函數(shù)虛部與吸收譜發(fā)生紅移。實驗結果說明La 摻雜并沒有改變晶型構造，晶格常數(shù)略微增大，晶粒尺寸減小。薄膜在可見光區(qū)的透過率除7% La 摻雜外均超過80%，且隨摻雜濃度增加禁帶寬度逐漸減小，實驗結果與理論計算結果相互驗證，為稀土摻雜SnO2的研究提供依據(jù)。 第一代半導體材料以鍺、硅為代表，第二代以GaAs、InP 等化合物為代表，現(xiàn)在人們越來越關注第三代半導體

2、，即寬禁帶半導體，如SnO2等。SnO2空間群為P42/mnm，室溫下禁帶寬度為3.6 eV，激子束縛能高達130meV。正是由于較高的激子束縛能，使得SnO2為基的半導體材料有望成為更有發(fā)展?jié)摿Φ墓怆姴牧?。SnO2摻雜形成的材料因具有更高的電導率和光學透過率，廣泛用于太陽能電池、有機半導體儀器中的有效電極，以及平板顯示、傳感器等方面，是當前功能材料研究領域和工業(yè)發(fā)展的熱點之一。 摻雜元素的不同使得SnO2的性能發(fā)生改變，因而，摻雜對SnO2材料光電性能影響的研究倍受關注，而稀土元素具有獨特的4f 電子構造，其原子磁矩、自旋軌道耦合較強，形成配合物時的配位數(shù)在2 3變化，使它顯示出的特殊性質逐

3、漸成為SnO2摻雜體系研究的重點。Evandro等用溶膠凝膠法制備了稀土(Er，Eu) 摻雜SnO2薄膜，樣品PL 譜的峰值發(fā)生了不同的位移。李健等采用真空氣相沉積法研究了Nd摻雜SnO2薄膜，摻雜后薄膜透光率下降。Li等通過水熱法制備La摻雜SnO2樣品，隨摻雜濃度增加，樣品晶粒尺寸減小并具有更好的分散性。雖然對稀土摻雜SnO2的改性開展了一定研究，但因實驗的工藝條件不同，且影響樣品微觀構造的因素極其復雜，又缺少摻雜元素對電子構造影響的詳細研究，從而導致對摻雜改性的機理說法不一，改性效果也大相徑庭，而利用計算機對其開展模擬計算，既克服實驗因素的影響，又突出了摻雜效應中的主要因素。Ph. Ba

4、rbarat 等用第一性原理研究了SnO2的電學、光學和化學鍵性質，分析了化學鍵與光學性質間的關聯(lián)性。于峰等基于第一性原理的線性綴加平面波方法研究Al 摻雜SnO2材料，發(fā)現(xiàn)隨Al 摻雜量的增加帶隙逐漸增寬，且態(tài)密度整體向高能方向發(fā)生移動。 目前為止，對于第一性原理的研究大多數(shù)都集中在F、Sb、In、Fe上，對稀土摻雜SnO2報道較少，本文結合理論與實驗對La 摻雜SnO2薄膜的光學性能開展分析，并為以后研究提供相應的參考依據(jù)。 4、結論 基于理論與實驗兩方面對La-SnO2薄膜開展研究。理論計算說明La 摻雜SnO2后帶隙減小，F(xiàn)ermi能級上移進入導帶，晶體呈金屬性，同時2和吸收譜均向底能方向移動。實驗結果說明摻雜后薄膜物相未發(fā)生改變，但晶粒尺寸減小，晶格常數(shù)略微增大。另外，樣品的透光率均達80% 以上除7%