纳米结构二氧化锡材料光电性能的研究
二氧化锡（SnO2）材料是一种优秀的透明导电材料，也是一种典型的宽禁带半导体材料，常温下其带隙为3.6eV,这使得它在以SnO2为基的半导体材料工业方面具有很好的发展潜力。将SnO2制成低维纳米材料并对其进行掺杂后所形成的新的材料具有高导电性、高透光率、高紫外光吸收能力以及较强的红外反射率等性能，这更加拓宽了其在光电领域的应用价值。本论文以SnO2为基材料，运用基于密度泛函理论的第一性原理全电势线性缀加平面波法和投影缀加平面波法，在广义梯度近似(GGA)下伴随着PBE交换关联函数并应用Wien2k和VASP软件进行计算。 首先，我们计算了本征态块体SnO2和Zr掺杂以及Zr、N共掺杂下SnO2材料的电子结构、能带和光学性质，研究结果表明掺杂Zr和N之后材料带隙减小，材料的导电性增强，并且光学吸收边发生红移，光学吸收能力也显著增强。 其次在块体SnO2材料的基础上构建了“三明治”结构的单层SnO2纳米面模型，通过对其进行第一性原理GGA_PBE的计算表明，本征态SnO2纳米面的带隙要大于块体材料的带隙，其仍然为直接带隙半导体材料。然后我们对它进行了Ag掺杂和O缺陷的研究，结果表明Ag掺杂之后材料的带隙减小，导电性明显增强，光学性质的研究标明引入Ag之后材料在低能区域的吸收能力明显增强，并且随着Ag掺杂浓度的不同材料的吸收能力也有所不同。 然后通过SnO2面构建出之字形（zigzag）和扶手椅形(armchair)的SnO2一维纳米带模型，研究了不同宽度下其带隙的变化并对其进行Ag掺杂的计算。研究结果表明SnO2纳米带是间接带隙半导体，随着纳米带宽度的增加，其带隙也随之发生变化，最后会趋向于一个稳定的值。当在纳米带中引入Ag之后，材料的导电性增强，光学性质的研究结果标明引入Ag之后材料在在低能区域有较强的吸收能力。 最后我们通过对之字形SnO2纳米带和扶手椅形 SnO2纳米带进行不同情况的H修饰来研究其电子结构和性质的变化，并且对其施加外部电场来调控其能带结构。研究结果显示 H修饰前的之字形纳米带和扶手型纳米带的带隙均在电场调控下发生明显的变化，对其进行部分电荷密度的分析表明在电场作用下，材料表现出明显的stark效应。而H修饰后SnO2纳米带的带隙发生变化，并且在加电场后表现出比较弱的stark效应。更有趣的是，H修饰的之字形纳米带在外加电场的变化下出现了金属-半导体-金属的转变。最后我们计算了不同边缘构型的SnO2纳米带的输运特性，得到了一些有意义的结果。
二氧化锡;纳米结构;银掺杂浓度;第一性原理;电子结构;光学性质
济南大学
硕士
物理学
王培吉
2015
中文
TN304.21;O472.3
80
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）