Электропроводность кристаллов оксида цинка. Исследования из первых принципов

Abstract

В данной работе проведены расчеты уровней зарядового перехода примесного атома водорода в объеме оксида цинка методами теории функционала плотности. Для чистого оксида цинка полученная ширина запрещенной зоны хорошо согласуется в сравнении с экспериментальными данными (3.52 эВ против 3.44 эВ [1]). В результате расчетов показано, что адсорбция водорода энергетически выгодна во всех позициях в решетке, в случае если дефект заряжен положительно. Из анализа релаксации следует, что позиции водорода на связи между атомами цинка и кислорода (Zn-O связь) являются менее выгодными, так как они ведут к сильным релаксациям. Внедрение водорода ведет к появлению дефектных уровней в зонной структуре кристалла вблизи дна зоны проводимости и характеризует его как «мелкого донора» – донорной примеси с низким потенциалом ионизации. Для подтверждения мелкодонорного характера атома водорода, проведены вычисления оптических уровней перехода зарядового состояния с учетом коррекции «смещения» и дефект-дефектного взаимодействия. В результате показано, что примесные центры являются положительно заряженными почти при всех значениях энергии Ферми во всей запрещенной зоне, что указывает на малую энергию связи электронного заряда на примесном атоме и появление электрического тока уже при малых температурах.