ZnSe的电子结构和性质.ppt

ZnSe的电子结构和性质 目录 1 绪论课题背景 研究现状 ZnSe的晶体结构 性质 2 本课题的研究内容理论基础 第一性原理 密度泛函理论 态密度 用量化软件分析研究ZnSe晶体结构 原子Mulliken布居情况 以及能带结构的分析 3 结果与讨论4 结论与展望 课题背景 ZnSe属直接带隙 族半导体 是制造蓝光半导体激光器件 非线性光热器件和红外器件的重要材料 ZnSe是一种重要的半导体光电材料 在光致发光和电致发光器件 太阳能电池 红外探测器和激光器等领域都有重要的用途 半导体激光广泛使用于光纤通信 光盘 激光打印机 激光扫描器 激光指示器 激光笔 是目前生产量最大的激光器 ZnSe的晶体结构 性质及应用 闪锌矿ZnSe晶体类似于金刚石结构 每个ZnSe晶胞中含四个Zn原子和4个Se原子 Zn和Se各自按面心立方密堆排列 两者沿空间对角线方向相互移动四分之一体对角线长套构而成 互为四面体的体心 如右图所示 ZnSe的晶体结构 性质及应用 ZnSe被认为是一种较好的制备蓝绿激光器的材料 已引起世界各国科研人员的广泛关注 随着激光技术的飞速发展 人们发现掺杂过渡金属离子的 族主体材料 ZnSe ZnS ZnTe等 具有较佳的中红外特性 是大气环境监测 激光遥感 光通信 人眼安全探测系统 神经外科 高分辨率光谱学 激光雷达 光学参量振荡OPO的理想光源 理论基础 量化计算软件是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序 用Fortran90语言编写 用密度泛函理论模拟固体 界面和表面的特性 研究的材料包括陶瓷 半导体 金属 矿物 沸石 液晶等 典型的应用包括表面化学 键结构 态密度和光学性质等研究 量化计算软件也可用于研究体系的电荷密度和波函数的形式 理论基础 第一性原理计算方法概述 根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律 运用量子力学原理 从具体要求出发 经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法 习惯上称为第一性原理 计算方法是指仅需采用5个基本物理常数 m e h c KB 理论基础 密度泛函理论薛定谔求解局域密度近似 LocalspinDensityApproximation LDA 广义梯度近似 GeneralizedGradientApproximation GGA 赝势 超软赝势 理论基础 Zn原子和Se原子的Mulliken布居情况 ZnSe的Zn原子失去电子 为电子的给体 Se原子得到电子 为电子受主 结果与讨论 ZnSe共价键 ZnSe共价键的结合关系 Zn与Se原子之间距离很近 其键长约为2 54208nm 在原子之间形成包含弱离子键的共价成份较高的共价键 能带结构 ZnSe能带结构图 图中可以看出ZnSe的价带基本上可以分为四个区域 7 26eV以下的下带 7 26 5eV的中间价带 5 0 2eV处的上价带 0eV以上的导带部分 ZnSe图谱分析与讨论 1 常温常压下Zn的分波态密度图 能量位于 7 26 5ev的电子个数最多 ZnSe图谱分析与讨论 2 常温常压下Se的分波态密度图 Se原子而言 在导带的低能区 4s电子表现的较为突出 在导带的高能区 4p电子相比之下所做的贡献多一些 ZnSe图谱分析与讨论 3 常温常压下ZnSe的总体态密度 结论 1 ZnSe晶胞参数表可知 晶胞间距为4 151nm 晶格夹角为60 ZnSe原胞体积为50 583076nm3 2 Zn原子的电子主要分布在d轨道 价电子构型为3d104s2 而Se原子的电子主要分布在P轨道 价电子构型为4s24p4 3 ZnSe的Zn原子失去电子 为电子的给体 Se原子得到电子 为电子受主 Zn与Se原子之间距离很近 其键长约为2 54208nm 结论 4 Zn原子的3d轨道上的电子定域性很强 但仍然有部分电子与Se原子的4p轨道成键 在原子之间形成包含弱离子键的共价成份较高的共价键 5 ZnSe是一种直接带隙半导体材料 导带底和价带顶都位于布里渊区的中心的G点处 带隙为1 0eV 比实验值偏小