原子与分子物理学报
原子與分子物理學報
원자여분자물이학보
CHINESE JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS
2010年
2期
345-352
,共8页
锐钛矿相TiO2%第一性原理%密度泛函理论%Fe、N共掺杂
銳鈦礦相TiO2%第一性原理%密度汎函理論%Fe、N共摻雜
예태광상TiO2%제일성원리%밀도범함이론%Fe、N공참잡
近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV而最低点与价带相距大约0.2 eV;N掺杂引起的杂质能带位于价带顶部附近. Fe和N共掺杂后杂质能带由两部分组成,位于价带顶上方0.62 eV和导带底下方0.22 eV处,其中一层杂质能带主要由N原子的2p轨道和Fe原子的3d轨道杂化形成,而另一条杂质能带主要由Fe原子的3d轨道形成,由于杂质能级的出现,使锐钛矿TiO2的禁带宽度变小.对光学性质分析发现:Fe和N共掺杂会使锐钛矿TiO2光学吸收带边红移,可见光区的光吸收系数明显增大,在低能区出现了新的吸收峰,对应能量为1.82 eV,与实验结果相符.
近年來,Fe和N摻雜銳鈦礦相TiO2半導體在實驗中髮現許多優異性能,本文採用基于密度汎函理論的平麵波超軟贗勢方法研究瞭純銳鈦礦相TiO2、Fe和N單摻雜及Fe和N共摻雜TiO2的能帶結構、電荷佈居、態密度和光學性質.分析髮現:Fe摻雜引起雜質能帶位于禁帶中央,雜質能帶最高點與導帶相距大約0.6 eV而最低點與價帶相距大約0.2 eV;N摻雜引起的雜質能帶位于價帶頂部附近. Fe和N共摻雜後雜質能帶由兩部分組成,位于價帶頂上方0.62 eV和導帶底下方0.22 eV處,其中一層雜質能帶主要由N原子的2p軌道和Fe原子的3d軌道雜化形成,而另一條雜質能帶主要由Fe原子的3d軌道形成,由于雜質能級的齣現,使銳鈦礦TiO2的禁帶寬度變小.對光學性質分析髮現:Fe和N共摻雜會使銳鈦礦TiO2光學吸收帶邊紅移,可見光區的光吸收繫數明顯增大,在低能區齣現瞭新的吸收峰,對應能量為1.82 eV,與實驗結果相符.
근년래,Fe화N참잡예태광상TiO2반도체재실험중발현허다우이성능,본문채용기우밀도범함이론적평면파초연안세방법연구료순예태광상TiO2、Fe화N단참잡급Fe화N공참잡TiO2적능대결구、전하포거、태밀도화광학성질.분석발현:Fe참잡인기잡질능대위우금대중앙,잡질능대최고점여도대상거대약0.6 eV이최저점여개대상거대약0.2 eV;N참잡인기적잡질능대위우개대정부부근. Fe화N공참잡후잡질능대유량부분조성,위우개대정상방0.62 eV화도대저하방0.22 eV처,기중일층잡질능대주요유N원자적2p궤도화Fe원자적3d궤도잡화형성,이령일조잡질능대주요유Fe원자적3d궤도형성,유우잡질능급적출현,사예태광TiO2적금대관도변소.대광학성질분석발현:Fe화N공참잡회사예태광TiO2광학흡수대변홍이,가견광구적광흡수계수명현증대,재저능구출현료신적흡수봉,대응능량위1.82 eV,여실험결과상부.
