ZnSe的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì).ppt

ZnSe的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì),目錄,1.緒論 課題背景、研究現(xiàn)狀。 ZnSe的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)。 2.本課題的研究?jī)?nèi)容 理論基礎(chǔ)：第一性原理、密度泛函理論、態(tài)密度。 用量化軟件分析研究ZnSe晶體結(jié)構(gòu)，原子Mulliken布居情況，以及能帶結(jié)構(gòu)的分析。 3.結(jié)果與討論 4.結(jié)論與展望,課題背景,ZnSe屬直接帶隙-族半導(dǎo)體,是制造藍(lán)光半導(dǎo)體激光器件,非線性光熱器件和紅外器件的重要材料。ZnSe是一種重要的半導(dǎo)體光電材料，在光致發(fā)光和電致發(fā)光器件、太陽(yáng)能電池、紅外探測(cè)器和激光器等領(lǐng)域都有重要的用途。 半導(dǎo)體激光廣泛使用于光纖通信、光盤(pán)、激光打印機(jī)、激光掃描器、激光指示器（激光筆），是目前生產(chǎn)量最大的激光器。,ZnSe的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用,閃鋅礦ZnSe晶體類(lèi)似于金剛石結(jié)構(gòu)，每個(gè)ZnSe晶胞中含四個(gè)Zn原子和4個(gè)Se原子，Zn和Se各自按面心立方密堆排列，兩者沿空間對(duì)角線方向相互移動(dòng)四分之一體對(duì)角線長(zhǎng)套構(gòu)而成，互為四面體的體心，如右圖所示。,ZnSe的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用,ZnSe被認(rèn)為是一種較好的制備藍(lán)綠激光器的材料,已引起世界各國(guó)科研人員的廣泛關(guān)注。 隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)摻雜過(guò)渡金屬離子的族主體材料(ZnSe、ZnS、ZnTe等)具有較佳的中紅外特性,是大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、激光遙感、光通信、人眼安全探測(cè)系統(tǒng)、神經(jīng)外科、高分辨率光譜學(xué)、激光雷達(dá)、光學(xué)參量振蕩OPO的理想光源。,理論基礎(chǔ),量化計(jì)算軟件是一個(gè)基于密度泛函方法的從頭算量子力學(xué)程序。用Fortran90語(yǔ)言編寫(xiě)，用密度泛函理論模擬固體、界面和表面的特性，研究的材料包括陶瓷，半導(dǎo)體，金屬，礦物，沸石，液晶等。典型的應(yīng)用包括表面化學(xué)，鍵結(jié)構(gòu)，態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)等研究， 量化計(jì)算軟件也可用于研究體系的電荷密度和波函數(shù)的形式。,理論基礎(chǔ),第一性原理計(jì)算方法概述： 根據(jù)原子核和電子互相作用的原理及其基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)用量子力學(xué)原理，從具體要求出發(fā)，經(jīng)過(guò)一些近似處理后直接求解薛定諤方程的算法，習(xí)慣上稱(chēng)為第一性原理。 計(jì)算方法是指僅需采用5個(gè)基本物理常數(shù):m、e、h、c、KB。,理論基礎(chǔ),密度泛函理論 薛定諤求解 局域密度近似(Local spin Density Approximation，LDA) 廣義梯度近似(Generalized Gradient Approximation，GGA) 贗勢(shì)、超軟贗勢(shì),理論基礎(chǔ),Zn原子和Se原子的Mulliken布居情況：,ZnSe的Zn原子失去電子，為電子的給體，Se原子得到電子，為電子受主。,結(jié)果與討論,ZnSe共價(jià)鍵,ZnSe 共價(jià)鍵的結(jié)合關(guān)系：,Zn與Se原子之間距離很近，其鍵長(zhǎng)約為2.54208nm，在原子之間形成包含弱離子鍵的共價(jià)成份較高的共價(jià)鍵。,能帶結(jié)構(gòu),ZnSe能帶結(jié)構(gòu)圖 ：,圖中可以看出ZnSe的價(jià)帶基本上可以分為四個(gè)區(qū)域： -7.26eV以下的下帶； -7.26-5eV的中間價(jià)帶； -5-0.2eV處的上價(jià)帶； 0eV以上的導(dǎo)帶部分。,ZnSe圖譜分析與討論,1.常溫常壓下Zn的分 波態(tài)密度圖：,能量位于-7.26-5ev 的電子個(gè)數(shù)最多。,ZnSe圖譜分析與討論,2.常溫常壓下Se的 分波態(tài)密度圖：,Se原子而言，在導(dǎo) 帶的低能區(qū)，4s電子 表現(xiàn)的較為突出，在 導(dǎo)帶的高能區(qū)，4p電 子相比之下所做的貢 獻(xiàn)多一些。,ZnSe圖譜分析與討論,3.常溫常壓下ZnSe 的總體態(tài)密度：,結(jié)論,（1）ZnSe晶胞參數(shù)表可知，晶胞間距為4.151nm，晶格夾角為60。ZnSe原胞體積為50.583076nm3。 （2）Zn原子的電子主要分布在d軌道,價(jià)電子構(gòu)型為3d104s2，而Se原子的電子主要分布在P軌道，價(jià)電子構(gòu)型為4s24p4。 （3）ZnSe的Zn原子失去電子，為電子的給體，Se原子得到電子，為電子受主。Zn與Se原子之間距離很近，其鍵長(zhǎng)約為2.54208nm。,結(jié)論,（4）Zn原子的3d軌道上的電子定域性很強(qiáng)，但仍然有部分電子與Se原子的4p軌道成鍵