N 掺杂ZnO 纳米线电子结构和稳定性的第一性原理 - Ingenta Connect.PDF

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