● 摘要
ZnO是一种具有优良光电特性的宽禁带直接带隙半导体材料，在紫外蓝光等领域应用广泛。在制备ZnO基光电器件时需要性能稳定的p型ZnO，但是天然的ZnO通常会产生氧空位和锌间隙原子，这些本征缺陷使ZnO呈n型导电性，因此人们希望通过掺杂获得稳定的p型ZnO。迄今为止，有关ZnO的p型掺杂在实验和理论研究方面报道很多，但是高性能的p型ZnO仍然难于获得，关于共掺杂p型ZnO的性质尚未十分清楚，因此从理论上对其进行深入研究具有重要意义。本文基于密度泛函理论，用第一性原理的方法，分别计算了ZnO在掺杂F和Na情况下的电子态密度、有效质量和形成能，研究分析了掺杂对ZnO的影响。
本文首先对纯净ZnO进行了相关计算和分析，计算结果表明：纯净ZnO的晶格常数和实验数据非常接近，表征材料属性的 比值与实验数据相吻合；带隙与已有文献计算的结果也相一致，纯净ZnO的电子有效质量和形成能也与其他作者的计算相同。这些结果验证了所用计算方法和程序的正确可靠性。在此基础上，本文进一步对F和Na掺杂情况下的ZnO进行了计算和研究，所得结果表明：分别单掺F或Na时，态密度中费米能尚未进入价带，并不能得到p型ZnO；但用F和Na进行共掺时，态密度显示费米能进入价带，表明共掺杂能够使ZnO表现出p型导电的倾向。进一步从有效质量和形成能的计算结果中发现，当F和Na按1:2的原子比例共掺时，可以获得具有良好p型导电性的ZnO。这可以为实验上制备p型ZnO提供参考依据。