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N 掺杂ZnO 纳米线电子结构和稳定性的第一性原理 - Ingenta Connect
第41 卷第12 期 彭 东等:三相加压氧化制备锰酸钾的反应动力学 · 1697 ·
第41 卷第12 期 硅 酸 盐 学 报 Vol. 41 ,No. 12
2 0 1 3 年 1 2 月 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY December ,2013
DOI :10.7521/j.issn.0454-5648.2013.12.17
N 掺杂ZnO 纳米线电子结构和稳定性的第一性原理计算
付艳花,李远洁
(西安交通大学电子与信息工程学院,西安 710049)
摘 要:基于密度泛函理论第一性原理的方法计算了N 掺杂ZnO 纳米线的形成能、能带结构和态密度。研究了N 掺杂浓度和N 原子替换掺杂位置对
ZnO 纳米线结构的稳定性和能带结构的影响。计算结果表明,未掺杂的ZnO 纳米线为直接带隙半导体,理论计算的带隙值为1.74 eV 。当N 掺杂的摩
尔分数为2.08% (1 个N 原子掺杂) 时,N 替换ZnO 纳米线第一层最外层位置处的O 原子时,体系形成能最低,为4.398 eV,纳米线结构最为稳定;而
当N 掺杂的摩尔分数为4.16% (2 个N 原子掺杂) 时,N 替换ZnO 纳米线第一层最外层和中心位置处的O 原子时体系形成能最低,为8.508 eV,纳米
线结构最为稳定。此外,两种N 掺杂的ZnO 纳米线分别在价带顶上方0.49 eV 和0.63 eV 处形成N 杂质能级,1 个N 原子掺杂的纳米线结构比2 个N
原子掺杂的纳米线结构具有更浅的N 杂质能级。因此,低N 掺杂量更容易对ZnO 纳米线结构进行p 型掺杂,从而为实现p 型N 掺杂ZnO 纳米线提
供理论分析依据。
关键词:第一性原理;氮掺杂;氧化锌纳米线;能带结构;形成能
中图分类号:O641 文章标志码:A 文章编号:0454–5648(2013)12–1697–07
网络出版时间:2013–11–29 13:42:00 网络出版地址:/kcms/detail/11.2310.TQ1342.201312.1697_017.html
First-principle Calculation of Electronic Structure and Stability in N-doped ZnO Nanowires
FU Yanhua ,LI Yuanjie
(School of Electronic and Information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)
Abstract: The formation energies, band structure and density of states of the N-doped ZnO nanowires (NWs) were calculated by the
first-principles method based on density functional theory. The effects of N doping content and N substitution doping position on the
stability and band structure of ZnO NWs were investigated. The calculated results show that the undoped ZnO NWs are a direct band
gap semiconductor wit
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