ZnS掺杂Ag、Fe的第一性原理研究

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Ag掺杂ZnOGaN异质结可见光吸收特性的第一性原理

第 18 卷第 4 期
太赫兹科学与电子信息学报
2020 年 8 月
Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology
Vo1.18，No.4 Aug.，2020
文章编号：2095-4980(2020)04-0744-06
DONG Minghui，DU Aiyan，YUAN Guangming，LI Xiaojie
. All Rights Reserved. (Department of Basic，Qilu Institute of Technology，Jinan Shandong 250200，China)
收稿日期：2019-09-28；修回日期：2019-11-16，第一作者姓名：李文东，E:\TJY\2019 年第 4 期\1 编\李文东\模板编辑.doc 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51602102)；2019 年高校科技计划资助项目(QL19K033) 作者简介：董明慧(1984-)，男，硕士，讲师，主要研究方向为半导体薄膜材料。email:dongmh_tyut @
关键词：ZnO/GaN 异质结；结构稳定性；可见光吸收；第一性原理；态密度；Ag 掺杂
中图分类号：TN304.2+1；O641
文献标志码：A
doi： 10.11805/TKYDA2019372
First principle on visible light absorption characteristics of Ag doped ZnO/GaN heterojunction
Abstract：The band gap width of ZnO/GaN heterojunction is large, which restricts absorption of visible light. In order to study the effects of Ag on the visible light absorption of ZnO/GaN heterojunction, GaN/ZnO heterojunction is constructed on the (1-100) nonpolar plane, and Ag is utilized to replace Zn and Ga atoms at different positions, respectively. Then, the influence of Ag doping on the stability, electronic structure, optical properties and band edge position of ZnO/GaN heterojunction is calculated by first principle. The results reveal that the system of Ag doped ZnO/GaN heterojunction is stable because of the negative formation energy. For Ag replaced Zn and Ga, the band gap width decreases from 2.93 eV to 2.7 eV and 2.3 eV, which results in red shift of absorption coefficient as well as photoconductivity, and is beneficial to the absorption of visible light. Finally, Ag doped ZnO/GaN heterojunction has excellent photocatalytic activity.

不同形貌与掺杂的ZnS纳米材料的制备与性能分析的开题报告

不同形貌与掺杂的ZnS纳米材料的制备与性能分析
的开题报告
一、研究背景与意义
ZnS是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。

纳米尺寸的ZnS具有比宏观尺寸更好的电学、光学性能和较大的表面积，因此在光电、光催化、光学传感器等领域有着广泛应用。

掺杂是改变材料性质、增加
其应用范围的一种有效手段。

ZnS掺杂不同的元素，如铜、铁、钒、银、锌等，可以显著改变其电学、光学性能。

因此，对不同形貌与掺杂的ZnS纳米材料的制备与性能分析的研究
具有重要的科学意义和应用价值。

二、研究内容与方法
1.制备不同形貌的ZnS纳米材料
采用水热法、溶剂热法、水相合成法等方法，控制反应条件，制备
出不同形貌的ZnS纳米结构，如球形、棒状、晶体等。

2.掺杂ZnS纳米材料
将适量的掺杂物（如铜、铁、钒、银、锌）加入ZnS反应中，制备
出掺杂ZnS纳米结构，并对其掺杂浓度进行调控，研究其对ZnS光学、
电学性能的影响，并探究其机理。

3.研究ZnS纳米材料的性能
通过光学谱学、电学测试、X射线衍射、扫描电子显微镜等手段，
分析不同形貌与掺杂的ZnS纳米材料的结构、形貌、光学、电学性能，
并探究其性能差异的原因。

三、预期研究结果
1.成功制备出不同形貌与掺杂的ZnS纳米材料；
2.探究ZnS纳米材料形貌与掺杂对其光学、电学性能的影响规律，并解析其机理；
3.为ZnS纳米材料在光电、光催化等领域的应用提供实验基础与理论指导。

ZnS电子结构的第一性原理研究

ZnS电子结构的第一性原理研究魏雪松;钮应喜;吕海萍;殷春浩【期刊名称】《徐州工程学院学报》【年(卷),期】2008(023)004【摘要】采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法对ZnS的电子结构进行了研究.研究结果表明:理论预测ZnS是一种直接宽禁带半导体材料,直接带隙宽度为2.20eV,这个结果比实验值要小1.5eV左右;ZnS的下价带主要由Zn的3d电子贡献,上价带主要由S的3p电子形成,导带主要来源于Zn的4s电子和S的3p 电子的贡献;在ZnS晶体中Zn原子失去电子,S原子得到电子,Zn-S键是共价键.【总页数】4页(P52-55)【作者】魏雪松;钮应喜;吕海萍;殷春浩【作者单位】中国矿业大学,理学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,理学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,理学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,理学院,江苏,徐州,221008【正文语种】中文【中图分类】O56【相关文献】1.Zn掺杂BaTiO3的电子结构及光学性能的第一性原理研究 [J], 彭彩云;张航;张文蕾;马兰;雷博程;张丽丽2.Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究 [J], 吴圣钰;张耘;柏红梅;梁金玲3.双钙钛矿Zn2FeTaO6电子结构和自发电极化的第一性原理研究 [J], 刘仕晨;蔡田怡;雎胜;;;4.Zn掺杂对Heusler型磁性形状记忆合金Ni_(2)FeGa_(1-x)Zn_(x)(x=0-1)电子结构、磁性与马氏体相变影响的第一性原理研究 [J], 孙凯晨;刘爽;高瑞瑞;时翔宇;刘何燕;罗鸿志5.Zn掺杂纤锌矿CdSe电子结构和光学性质的第一性原理研究 [J], 王霏宇;曾体贤;安辛友;杨辉;张敏;陈太红;宋婷婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

磷酸铁锂正极材料掺杂改性的第一性原理研究

磷酸铁锂正极材料掺杂改性的第一性原理研究磷酸铁锂正极材料掺杂改性的第一性原理研究磷酸铁锂（LiFePO4）作为一种重要的正极材料，由于其高能量密度、较低的材料成本和良好的循环稳定性而备受瞩目。

然而，其相对较低的离子导电性和电子导电性限制了其在电池中的应用效能，限制了其在高功率需求下的使用。

因此，在研究中如何提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能是一个重要的课题。

掺杂是一种有效的手段，可以改善材料的电化学性能。

通过向磷酸铁锂正极材料中引入其他元素，可以调节材料的电子结构、改善电子传输和离子扩散，从而提高其电化学性能。

因此，本文通过第一性原理计算方法，研究了不同掺杂元素对磷酸铁锂正极材料性能的影响。

首先，我们选取了几种常用的掺杂元素，包括锌（Zn）、镍（Ni）、钴（Co）和锑（Sb），分别将它们掺杂到磷酸铁锂结构中，并对其进行优化计算。

通过计算发现，这些掺杂元素可以有效地改变磷酸铁锂正极材料的电子结构。

例如，锌和镍的掺杂可以减小能隙，增加导电性；钴的掺杂可以提高材料的离子扩散速率；锑的掺杂可以改善材料的结构稳定性。

其次，我们进一步研究了不同掺杂浓度对磷酸铁锂材料性能的影响。

通过计算发现，适量的掺杂可以提高材料的电化学性能，但过高或过低的掺杂浓度则可能导致材料性能下降。

因此，寻找合适的掺杂浓度是非常重要的。

最后，我们对掺杂元素的位置进行了研究。

我们发现，不同掺杂位置对材料的性能有很大的影响。

例如，在磷酸铁锂材料的龙骨结构中，掺杂元素可以替换铁原子或磷原子，从而改变材料的结构和导电性。

在掺杂过程中，掺杂元素与其他原子之间的相互作用也起着关键的作用。

综上所述，通过第一性原理计算方法，我们系统地研究了不同掺杂元素对磷酸铁锂正极材料性能的影响。

这些研究结果可以为进一步优化磷酸铁锂正极材料的性能提供理论指导，为新型电池的设计和应用提供重要的参考。

然而，由于复杂的电化学反应和体系的多变性，还需要进一步的实验研究来验证并完善这些理论模拟结果。

稀土元素掺杂α-Fe的第一性原理研究

稀土元素掺杂α-Fe的第一性原理研究钢铁材料因其优异的性能和低廉的成本,是目前应用最为广泛的结构材料,如何提升其性能是近年来钢铁材料领域研究的热点问题之一。

众所周知,钢铁材料中添加少量的稀土元素即可大幅度地提升其性能,但目前对其具体的作用机理缺乏微观原子尺度上的认识。

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了17种稀土元素掺杂对α-Fe的结构、稳定性和力学性能的影响,此外还对目前稀土钢中常见的Fe-Ce 金属间化合物的结构和性能进行了计算,为新型稀土钢的研发提供一定的参考。

固溶焓的计算结果表明,在0 K下所有的稀土元素均不能自发地固溶于α-Fe中,其中Sc元素的固溶能力相对最强,Pr元素的固溶能力相对最差。

从结合能的计算结果可知,Ce元素掺杂后体系稳定性相对最强,而Er和Yb 元素掺杂后体系的稳定性相对较差,表明在所有的Fe-RE化学键中Fe-Ce键最强,Fe-Er键和Fe-Yb键相对较弱。

稀土元素掺杂对α-Fe力学性能的影响可从弹性和塑性两个方面进行评估。

首先根据应力-应变法对固溶体的单晶独立弹性常数进行计算,在此基础上根据V-R-H近似可得到其多晶弹性模量。

计算结果表明,稀土元素掺杂均会降低α-Fe的弹性常数和弹性模量,其中Ce元素对其降低的程度最大。

Pugh判据、泊松比ν和柯西压力C′的计算结果均表明Fe-Ce固溶体呈脆性,其余稀土元素掺杂后的固溶体均呈塑性。

同时掺杂会提升其弹性各向异性,在所有的稀土元素中,掺杂Ce元素对弹性各向异性的提升最小。

晶体的塑性变形能力可由广义层错能来进行表征。

首先对体心立方结构α-Fe三个主要滑移系{110}<111>、{112}<111>和{123}<111>的广义层错能进行了计算,计算结果表明{110}<111>滑移系的不稳定层错能γus最小,意味着在该滑移系上产生塑性变形所需克服的势垒最小。

ZnS光电薄膜的制备及掺杂对其性能的影响

ZnS光电薄膜的制备及掺杂对其性能的影响摘要：ZnS薄膜是工业生产重要的半导体材料，它的宽带隙只有3.6-3.7，光电性能好、化学稳定好和热稳定性好等优点，因此在薄膜电发光、红外线探测器、α粒子监测器、半导体激光器、太阳能电池等领域广泛应用。

ZnS光电薄膜制备工艺和技术有了很大的提高。

ZnS光电薄膜在制备的时候，添加不同的杂质，ZnS 光电薄膜的性能也不同，其应用效果也不同。

因此探讨ZnS光电薄膜的制备及掺杂对其性能的影响。

1.ZnS特性ZnS是一种白色或者微黄色粉末，在氢化硫气体燃烧以后变成了晶体，ZnS 晶体有两种结构，一种是无色六方晶体α变体，另外一种是无色立方晶体β变体。

α变体也就是α-ZnS称为纤锌矿结构，这种结构S作为六方最密堆积，zn原子填充在一半的四面体空隙内，形成六点方阵；β变体也就是β-ZnS，称之为闪锌矿型结构，这种结构是以S原子作为立方最密堆积，Zn堆积在四面体的空隙内，形成立方面心点阵，这两种结构在一定条件下，可以相互转化。

常温条件下为B ZnS结构，当温度达到1020℃的时候，晶体结构发生变化变成了o ZnS结构。

下图分别为α-ZnS结构和β-ZnS示意图：2.ZnS光电薄膜制备方法2.1化学气相沉积法化学气相沉积法指通过气态反应物将原子、分子生成固态薄膜的技术。

它在反应室内引入薄膜气态反应剂和液态反应剂的蒸汽以及其他气体，使得衬底表面发生化学反应，将固态物质沉积到衬底表面形成薄膜。

这种制备方法操作简单、成本低、沉积速度快、膜层和衬底附着性好，具有良好的电学、光学和热学。

2.2脉冲激光沉积脉冲激光沉积指通过脉冲激光器产生的高功率脉冲激光作用于材料表面，让材料表面产生高温和烧灼，燃烧产生的高温压等离子体产生局部膨胀并在基片上沉积称膜。

这种制备工艺兼容性好、适应性强，可以在低温条件可以生成沉积薄膜。

因此，广泛应用在金属半导体、无机薄膜材料等领域。

2.3化学水浴沉积法这种方法是通过液相的方式将难容的化学物固相沉积成膜的制备工艺。

ZnS电子结构的第一性原理

纯ZnS材料的模型建立阿衣扎提1251624一、软件介绍用Materials Studio软件中的CASTEP计算程序下完成纯ZnS材料的模型。

CASTEP 是一种从头算量子力学程序，它基于密度泛函理论，利用总能量平面波赝势方法，用赝势代替离子势，通过平面波基组展开电子波函数，采用局域密度近似(Local Density Approximation，LDA)或广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation，GGA)对电子-电子相互作用的交换关联能进行校正。

CASTEP计算程序是目前较为准确的电子结构计算方法。

CASTEP适用于计算周期性的晶体结构，对于非周期性晶体结构一般采用特定的部分作为周期性晶体结构，建立单位晶胞后再进行计算。

故CASTEP软件一般采用超晶胞模型，在周期系统中进行计算。

CASTEP软件可以对晶体结构进行几何优化，得到晶胞稳定时的结构参数，通过计算超晶胞的总能和各孤立原子的总能可以得出晶体的结合能，通过计算电子分布密度和键布居来了解电荷转移情况、原子间的成键情况等。

另外，还可以计算晶体及其原子的光学光谱、态密度和分态密度，对其相应的发光机制和电子机制进行分析研究。

总的来说，它可以实现：计算体系的总能；进行结构优化；执行动力学任务；在设置的温度和关联参数下，研究体系中原子的运动行为；计算周期体系的弹性常数；化学反应的过度态搜索等。

除此之外，计算一些晶体的性质，如能带结构、态密度、聚居数分析、声子色散关系、声子态密度、光学性质、应力等。

量子力学计算精确度高但计算密集。

直到最近，表征固体和表面所需的扩展体系的量子力学模拟对大多数研究者来说才切实可行。

然而，不断发展的计算机功能和算法的进步使这种计算越来越容易实现。

二、软件的使用1．计算任务的设置在CASTEP软件中行任务设置，主要是通过Visualizer应用窗口中的工具条之一“Calculation”来进行。

学术论文：(毕业设计论文)《ZnS电子结构的第一性原理研究》

〔毕业设计论文〕?ZnS电子结构的第一性原理研究? 密级：内部ZnS电子结构的第一性原理研究The primary principle research?of the ZnS electronic structure学院：信息科学与工程学院专业班级：电子科学与技术学号：学生姓名：指导教师：摘要ZnS是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中一种重要的半导体材料，它具有优异的机械性能和光学性能，其结构有闪锌矿(β-ZnS)和纤锌矿(α-ZnS)两种，均有着非常宽的带隙，具有优良的电光特性和广泛的应用前景，并已经为越来越多的人们所关注。

从上世纪90年代开始，人们就已经对ZnS进行了大量的试验研究，近几年来ZnS材料更是倍受人们的关注。

本文目的就是通过对一些典型材料的理论计算，从而对材料的实验研究进行一些理论解释、补充甚至预言的作用。

第一性原理作为一种既古老而又年轻的方法，在材料计算这个领域已经取得了很大的进展，目前大型高速电子计算机的应用，使得此理论研究的优越性越来越突出。

本文即尝试利用计算机模拟技术，应用Materials Studio 4.0 CASTEP软件，通过使用第一性原理研究方法，对ZnS的电子结构和晶格参数等性质进行计算。

并根据所计算的结果来预测材料的宏观特性，为开展和制备新型ZnS光电子材料体系提供理论参考。

论文的主要内容如下：1、介绍了ZnS的结构、根本性质、研究现状和应用情况。

讨论了我们的计算工具—CASTEP及其理论根底。

2、研究了纯ZnS的电子结构、光学性质以及键布居情况。

计算了ZnS系统的能带结构、键布居参数、电子态密度和吸收光谱。

结果说明，ZnS为直接禁带半导体材料，其带隙为3.68eV。

纯ZnS在能量低于4eV的范围内几乎没有吸收；由于价带与导带间的跃迁，在3.6eV(345nm)附近有强的带边吸收；吸收主峰位于8.3eV附近。

ZnS晶体中Zn原子失去电子，为电子的给与体，S原子得到电子，是电子受主，且Zn原子与S原子形成的是共价键。

ZnS掺杂Fe^(2+)电子结构第一性原理计算及对矿物浸出的影响

第12卷第2期2021年4月Vol.12,No.2Apr.2021有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and Engineering文章编号:1674-9669(2021)02-0001-07DOI：10.13264/ki.ysjskx.2021.02.001引文格式:凡杰，谢刚，田林，等.ZnS掺杂Fe21电子结构第一性原理计算及对矿物浸出的影响口有色金属科学与工程,2021,12(2)：1-7.ZnS掺杂Fe2+电子结构第一性原理计算及对矿物浸出的影响凡杰⑴，谢刚"，田林b，c,俞小花a,王冰冰"，王品杰4(昆明理工大学，a.冶金与能源工程学院;b.省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室；c.共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点试验室，昆明650093)摘要：采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软贋势方法,计算了闪锌矿结构在纯净ZnS和掺杂Fe2+后ZnS的晶体结构和电子结构,分析了掺杂Fe2+对ZnS晶体的能带结构、电子态密度的影响，并进行布局分析。

计算分析结果表明:掺杂体系费米能级附近的电子态密度主要来源于Fe3d态电子的贡献；S原子上失电子作用增强，结果是加快Zn-S键解体&在酸性体系中, ZnS通过化学和电化学2方法溶解，在杂化学方式为主，随着杂质铁量提高(铁含量<20%),电化学溶解作用增强，2种方式共同促进硫化锌矿物的溶解，提高锌的浸出效率。

关键词：掺杂Fe2+；第一性原理；能级；态密度;催化中图分类号:TF813文献标志码:ACalculation of first principles of electron structure of Fe21doped sphaleriteand its influence on mineral leachingFAN Jie“b,XIE Gang"：TIAN Lin",YU Xiaohua",WANG Bingbing":,WANG Pinjie"(a.Faculty of Metallurgical and Energy Engineering;b.State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Clean Utilization;c.State Key Laboratory of Pressurized Hydrometallurgy Technology for Total Associated Nonferrous Metal Resources,Kunming University of Science and Technology,Kunming650093,China)Abstract：The first principle plane wave super-soft pseudo potential method based on density functional theory(DFT)was used to calculate the crystal structure and electronic structure of zinc blende structure with pure ZnS and doped Fe21.The effect of doping Fe21on the energy band structure and electronic density of States of ZnS crystal was analyzed.The results showed that the electron density near the Fermi level of the doping system mainly came from the Fe3d electrons.The loss of electrons on The S atom was enhanced, which resulted in accelerating the dissolution of the Zn-S bond.ZnS was dissolved by chemical and electrochemical methods in the acidic system.When the impurity iron content was low,the main method was chemical.With the increase of the impurity iron content(Fe%<20%),the electrochemical solubility was enhanced.To this end,the two methods can accelerate the dissolution of zinc sulfide minerals and improve收稿日期：2020-09-20基金项目：云南省科技人才和平台计划资助项目(2017HA012)通信作者：谢刚(1961—)，博士，教授，主要从事有色金属冶金研究。

ZnS压致结构相变的第一性原理计算

ZnS压致结构相变的第一性原理计算1 引言ZnS是一种重要的II-VI族半导体材料，有着非常广泛的应用。

实验结果表明，ZnS的禁带宽度为3.7eV，属于宽禁带半导体，是制备短波长发光器件的重要材料之一[1]。

在通常压力下，ZnS具有两种结构，即纤锌矿（Wurtzite）（P63mc，Z=2）结构和闪锌矿（Zinc blende）（F-43m，Z=2）结构。

相比之下，后者比较稳定。

在压力的作用下，初始结构为闪锌矿的ZnS在15-21GPa压力范围内会发生结构相变[2-6]，转变成具有立方结构的岩盐矿ZnS，是可逆的相变；在外部压力的作用下纤锌矿结构的ZnS，首先会转变为闪锌矿结构，随着压力的继续升高，闪锌矿结构会转变为立方结构的岩盐矿，然而在卸压过程中，岩盐矿结构的ZnS只能转变回闪锌矿结构，而不会再次回到纤锌矿结构[7]。

闪锌矿ZnS具有直接带隙的能带结构[8,9]。

在以往的高压电学测量中，由于ZnS的电阻在相变点处（由闪锌矿结构变到立方相结构）有非常显著的下降趋势，并且样品也由初始的透明状态变为不透明状态，因此ZnS在该压力点被认为发生了金属化的相变[10-13]。

然而，在最近利用局域密度近似和自作用赝势方法进行的理论计算中，发现相变后的ZnS不表现为金属的导电特性，而是一种具有间接带隙能带结构的半导体[14]。

本文利用第一性原理，计算了在压力作用下ZnS发生的结构转变以及能带结构，并利用能带结构判断ZnS的结构相变的类型。

2 理论方法我们利用第一性原理计算了在压力作用下ZB-ZnS的结构转变。

计算中使用了基于密度泛函理论的赝势平面波方法，采用超软赝势，电子交换和关联函数采用广义梯度近似（GGA）。

闪锌矿结构ZnS的空间群为F43m，Zn和S原子的坐标分别为（0.000,0.000,0.000）和（0.250,0.250,0.250），晶格参数为a=b=c=5.410 Å；岩盐矿结构ZnS的空间群为Fm3m，Zn和S原子的分数坐标分别为（0.000,0.000,0.000）和（0.500,0.500,0.500），晶格常数为a=b=c=5.099 Å；正交结构ZnS的空间群为Cmcm，Zn和S原子的坐标分别为（0.000,0.640,0.250）和（0.000,0.190,0.250），晶格参数为a=5.379 Å,b=5.971 Å,c=5.010 Å。

典型半导体材料的第一性原理研究

四川师范大学硕士学位论文典型半导体材料的第一性原理研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：颜其礼;姬广富20050101摘要典型半导体材料的第一性原理研究凝聚态物理专业研究生何开华指导教师颜其礼姬广富摘要运用局域密度泛函理论可将多电子系统转化为单电子系统，由此对各类半导体材料和金属材料的结合能、晶格常数、体变模量做计算得到了与实验符合很好的结果，使之成为近年来电子理论中的一项重要的成就。

过去固体实验工作积累了大量的实验数据，目前大型、高速电子计算机的应用，使得此理论的优越性也显得越来越突出。

能带理论的研究是从定性的普遍性规律发展到对具体材料复杂能带结构的计算。

在密度泛函理论的框架下，出现了很多算法，常用的有基于原子轨道线性组合的紧密束缚法（ＬＣＡＯ．ＴＢ）、正交平面波（ＯＰＷ）、赝势平面波（ＰＷＰ）、线性缀加平面波方法（ＬＡＰＷ）、线性Ｍｕｆｆｉｎ—ｔｉｎ轨道组合方法（ＬＭＴＯ）等等。

本论文工作重点讨论了超软赝势平面波方法在典型半导体材料研究中的应用。

本论文主要进行了以下三个方面的研究工作：１、用基于密度泛函理论的平面波赝势方法，计算了在各向同性压力下闪锌矿结构（ｚＢ）和岩盐结构（ＲＳ）的ＢＮ、ＢＰ和ＢＡｓ的电子结构和总能。

交换关联能函数分别用了局域密度近似和广义梯度近似来描述。

对这三种化合物的两种结构分别进行了几何优化，得到了其平衡晶格常数和体模量。

由总能和体积的曲线得到了发生相变的压强和体积。

另外，还发现在ＢＮ与ＢＰ、ＢＡｓ之间存在三处差异：第一、ＢＮ的硬度要比其它两种要高很多；第二、ＢＮ的带隙随着压力的增大而增大，ＢＰ和ＢＡｓ却有相反的趋势；最后一处差异是电子的转移方向不同，在ＢＮ中Ｂ—Ｎ，而在ＢＰ和ＢＡｓ中Ｐ—Ｂ、Ａｓ—Ｂ。

摘要２、运用密度泛函理论的平面波赝势方法（ＰＷＰ），加广义梯度近似（ＧＧＡ）和局域密度近似（ＬＤＡ），对ＢＮ、Ａ１Ｎ和ＧａＮ三种氮的化合物的总能和电子结构进行了计算，得到它们的弹性常数和体模量以及平衡品格常数，结果表明运用ＧＧＡ和ＬＤＡ得到的晶格常数都与实验值吻合得比较好，而运用ＬＤＡ计算得到的弹性常数和体模量比用ＧＧＡ计算得到的更接近实验值。

S掺杂纤锌矿ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

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Ⅴ族 GaN 蓝光激光器以及 Ⅱ- Ⅵ族 ZnSe 蓝绿激光器的研制成功使高密度光存储成为可能。但是这些蓝光材料也有明显的不足 , ZnSe 激光器在受激发射时容易因为温度升高而造成缺陷大量增殖 ,故其寿命很短 ; GaN 材料的制备则存在着制造设备昂贵、衬底材料缺乏、薄膜生长困难等缺点。这样 ,寻找激射波长更短 ,性能更稳定、更廉价的紫外光电材料已成为目前研究的热点。ZnO 和 ZnS 是光电和压电相结合的两种典型的 Ⅱ- Ⅵ族宽带隙直接禁带半导体材料 ,在室温下 ZnO 和 ZnS 最稳定的构型都是纤锌矿结构 ,而且人们已经在实验上[7] 合成出纤锌矿结构 ZnO1 - x Sx (0 ≤x ≤1) 三元合金薄膜 ,通过控制 S 的掺杂量可以实现其带隙宽度从 2. 26eV～3. 80 eV 之间变化。通过文献调研发现 , S 掺杂纤锌矿 ZnO 的理论研究较少。因此 ,开展对 ZnO1 - x Sx 化合物的理论研究对进一步了解其物化特性具有重要的意义。
引言
近几十年来 ,由于光电信息技术的迅猛发展 ,短波光电器件引起人们极大的兴趣 ,相应地 ,宽禁带半导体发光材料就成为研究的热点。因为这些材料在蓝光及紫外发光二极管、半导体激光器和紫外光探测器上有着重要的应用价值 ,同时这些器件在光信
息存储、全色显示和紫外探测上又有巨大的应用前景[1 - 6] 。人们已经制造出 Ⅲ- Ⅴ族氮化物和 ZnSe 等蓝光材料 ,并用这些材料制成了高效率的蓝光发光二极管和激光器 ,这使全色显示成为可能。基于宽带隙半导体材料的短波长激光器及探测器 , Ⅲ-
1 模型构建与计算方法
1. 1 模型构建本文中 ZnO 超原胞包括 16 个原子 ,即在 ZnO

ZnOS三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究

关键词：电子性质；第一性原理计算ＺｎＯＳ合金；中图分类号：ＡＯ４７１．５文献标志码：
引言
具有优异的光学、电学和压电性能，由于在蓝光ＺｎＯ是一种重要的 Ⅱ －Ⅵ 族宽禁带半导体材料，（紫光）激光器、光电信息存储、光伏太阳能电池及表面声学波器件等领域存在着广泛的应用前景，而一直以来受到人们的持续关注．纤锌矿Ｚ也是稳定的的直接带隙半ｎＯ与ＧａＮ具有类似的晶格常数，
金的磁性以及随着Ｓ掺杂Ｚ据我们所知，目前采用第一性原理来系统研究Ｚｎ价带的变化．ｎＯＳ合金的电子结构性质随着Ｓ浓度变化以及对ＺｎＯＳ合金带隙修正的报道还比较少见．
［１］本文选择Ｓ掺杂纤锌矿结构Ｚ采用ＡＭ对结构参数进行ｎＯ合金作为研究对象，０５ＸＣ的泛函１［２］／并用Ｌ对普遍低估的带隙进行了修正．通过掺入不同的Ｓ的浓度，研究优化，ＤＡ－１２的计算方法１
ＺｎＯＳ三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究
师晓敏１，张敏１，张玲玲１，史俊杰２
＊
（）内蒙古师范大学物理与电子信息学院，呼和浩特０北京大学物理学院，北京１１．１００２２；２．００８７１
摘要：采用基于第一性原理的密度泛函理论下的ＶＡＳＰ软件包详细研究了三元合金ＺｎＯＳ１－ｘｘ
的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随Ｓ组分ｘ的变化关系，并计算了三元合／采用ＡＭ带隙修正采用了Ｌ金的带隙弯曲参数．０５ＸＣ泛函对结构参数进行优化，ＤＡ１２的计－算方法．结果表明：随着Ｓ浓度ｘ的增加，三元合金Ｚ体积、总能量均呈现ｎＯＳ１－ｘｘ的晶格常数、出线性递增的关系，而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质，这跟三元合金ＺｎＯ１－ｘＳｘ的固溶度相关．从导带底到价带顶的光跃迁出现在 Γ 点，影响价带顶和导带底的价电子分别是Ｓ的３ｎ的４Ｓ态．ｐ态和Ｚ

ZnS掺杂Ag、Fe的第一性原理研究

【作者简介】姜贵民(1981-)，男，辽宁沈阳人，助理工程师，从事仪器仪表专用IC 设计研究。

1引言ZnS 是一种重要的宽禁带Ⅱ-Ⅵ族本征半导体材料，在各个领域都有广泛的用途和应用前景。

但纯ZnS 材料的带隙使其在一些领域中的应用受到了限制，因此，合理掺杂ZnS 使其电子结构和性质得到改变，以适应不同领域的实际需求，具有广阔的应用前景。

Bhargava 等人[1]在1994年发现，ZnS 晶体在掺杂Mn2+后具有很高的量子发光效率。

Anuja 等人研究了掺杂Cu 的ZnS 系统，发现了系统从纤锌矿到闪锌矿的相变等。

本文研究了ZnS 掺杂Ag 、Fe 的磁学性质和电子结构，主要基于第一性原理的计算方法进行计算，为半导体新材料的开发提供理论依据和实验指导。

计算结果与实验结果较为符合。

2理论模型与计算方法计算采用基于密度泛函理论(density functional theory ，DFT)的广义梯度近似(generalized gradient approximation ，GGA)修正方法[2-5]。

采用超软赝势(ultra-soft pseudo-potential ，USSP)近似描述价电子与离子实之间的相互作用；交换相干函数用GGA/PBE [6]进行处理，在倒易的K 空间中，通过平面波截止能量的选择可以提高计算精度，同时运用快速傅立叶变化技术，在实空间和倒易空间之间，使能量、相互作用势等快速转换[7]。

计算所用的模型为闪锌矿结构ZnS ，其空间群为F-43M(216)，晶格常数a=b=c=0.54093nm ，α=β=γ=90°，为1×1×1超晶胞结构。

选取Zn-3d104s2、S-3s23p4、Ag-3s23p1、Fe-2s22p3组态电子作为价电子，其他轨道电子看作芯电子来进行计算。

基本参数设置为在倒易的K 空间中，平面波截止能选取Ecut=420.0eV ，迭代过程中的收敛精度为1.0×10-5电子伏特/原子，也即作用在每个原子上的力不大于0.03eV/nm ，内应力不大于0.05GPa ，系统总能和电荷密度在Brillouin 区的积分计算采用Monkorst-Park 方案，选取k 网格点为5×5×2，保证了体系能量和构型在准完备的平面波基水平上收敛。

ZnS压致结构相变的第一性原理计算

ZnS压致结构相变的第一性原理计算1 引言ZnS是一种重要的II-VI族半导体材料，有着非常广泛的应用。

实验结果表明，ZnS的禁带宽度为3.7eV，属于宽禁带半导体，是制备短波长发光器件的重要材料之一[1]。

在通常压力下，ZnS具有两种结构，即纤锌矿（Wurtzite）（P63mc，Z=2）结构和闪锌矿（Zinc blende）（F-43m，Z=2）结构。

相比之下，后者比较稳定。

闪锌矿ZnS具有直接带隙的能带结构[8,9]。

本文利用第一性原理，计算了在压力作用下ZnS发生的结构转变以及能带结构，并利用能带结构判断ZnS的结构相变的类型。

2 理论方法我们利用第一性原理计算了在压力作用下ZB-ZnS的结构转变。

计算中使用了基于密度泛函理论的赝势平面波方法，采用超软赝势，电子交换和关联函数采用广义梯度近似（GGA）。

第一性原理研究ZnS掺V的光学性质和电子结构

第一性原理研究ZnS掺V的光学性质和电子结构何开华;余飞;姬广富;颜其礼;郑澍奎【摘要】运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对替代式掺杂钒(V)的闪锌矿(ZnS)的超晶胞电子结构进行了计算.研究了ZnS掺杂的光学性质及其电子结构,通过分析发现,光吸收的计算结果与运用配位场理论得到的计算结果以及实验数据符合较好;同时还对引入杂质前后电子结构的异同以及价键的一些性质进行了对比分析:因为杂质V的引入,态密度出现了几个新的峰,并且本体能带向低能方向偏移了大约2.5eV,V所带正电荷为0.28,比任何一类Zn原子都要小,S-V键的共价性最强、键长最短.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2006(020)001【总页数】5页(P56-60)【关键词】超晶胞;杂质;光学性质【作者】何开华;余飞;姬广富;颜其礼;郑澍奎【作者单位】中国地质大学数学与物理学院,湖北武汉,430074;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳,621900;四川师范大学固体物理研究所,四川成都,610066;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳,621900;四川师范大学固体物理研究所,四川成都,610066;西华大学建筑与土木工程系,四川成都,610039【正文语种】中文【中图分类】O472;O731 引言掺有过渡金属离子的ZnS是重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，作为发光二极管和激光器件的活性物质，近几年来倍受人们的关注[1-3]。

研究该晶体的光学性质和电子结构,可为半导体新材料的开发提供理论依据和实验指导。

目前对ZnS半导体的理论研究多是关于体态和其表面性质的报道[4-7]，而采用第一性原理研究掺杂半导体材料的光学性质和电子结构还鲜见报道[8-9]。

本工作尝试用平面波赝势方法(PWP)对闪锌矿结构的ZnS晶体掺入杂质钒(V)进行了超原胞处理，确定了其杂质能级在禁带宽度中的相对位置，并探讨了掺杂微粒中杂质粒子与基质之间的相互作用，研究了ZnS晶体在掺杂前后的光学性质。

ZnS掺杂Ag、Fe的第一性原理研究

ｄｏｐｉｎｇ，Ｆｅｄｏｐｉｎｇｉｓｎ－ｔｐｅｄｙｏｐｉｎｇ；ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌＦｅｄｏｐｉｎｇｉｎｔｏＺｎＳｍａｋｅｓｔｈｅｍａｎｅｇｔｉｃｐｒｏｐｅｔｉｒｅｓｏｆＺｎＳｃｈａｎｇｅｄ．
新技术应用与实践ｌ
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ＺｎＳ掺杂Ａｇ、Ｆｅ的第一性原理研究
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＦｉｒｓｔＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＤｏｐｉｎｇＡｇａｎｄＦｅｉｎｔｏＺｎＳ
１引言
ＺｎＳ是一种重要的宽禁带 Ⅱ一 Ⅵ族本征半导体材料，在各个领域都有广泛的用途和应用前景。但纯ＺｎＳ材料的带隙使其在一些领域中的应用受到了限制，因此，合理掺杂ＺｎＳ使其电子结构和性质得到改变，以适应不同领域的实际需求，具有广阔的应用前景。Ｂｈａｒｇａｖａ等人【１ｌ在１９９４年发现，ＺｎＳ晶体在掺杂Ｍｎ２＋后具有很高的量子发光效率。Ａｎｕｊａ等人研究了掺杂ｃｕ的ＺｎＳ系统，发现了系统从纤锌矿到闪锌矿的相变等。
构。选取Ｚｎ一３ｄ１０４ｓ２、Ｓ－３ｓ２３ｐ４、Ａｇ一３ｓ２３ｐｌ、Ｆｅ一２ｓ２２ｐ３组态
电子作为价电子，其他轨道电子看作芯电子来进行计算。基本

硫化锌中硫空位的第一性原理研究

硫化锌中硫空位的第一性原理研究近年来，硫化锌(ZnS)一直受到研究者的广泛关注。

它是一种重要的光电材料，有着广泛的应用前景。

而空位是元素化学计量结构中不可缺少的物质，可以控制元素相互作用、改变材料性质，因此其在材料研究中起到非常重要的作用。

本文通过对硫化锌中的硫空位进行第一性原理的研究，尝试对它的化学结构和物理性质进行深入的分析，从而为这种材料的进一步利用奠定基础。

1.究背景硫化锌(ZnS)是一种重要的光电材料，是一种二元硫化物，具有优异的光学特性和电学性能，因此，它在光电器件中有着广泛的应用，比如发光二极管、太阳能电池等。

在这种材料中，空位是一种重要的复杂物质，可以控制离子和原子间的作用，从而影响材料的物理性质和化学结构。

近年来，空位研究在材料研究领域受到越来越多的关注，而且研究还不断深入。

因此，研究硫化锌中的空位，对于材料的开发应用具有重要的意义。

2.一性原理理论第一性原理理论属于量子物理的一种理论，是对原子和分子系统的精确计算方法，它可以从量子力学中计算出原子和分子的能量、原子之间的相互作用等。

它可以精确计算原子结构，从而了解到原子空间结构，从而对材料的化学结构和物理性质的变化有更深入的认识。

同时，第一性原理还可以模拟出实验系统的一些特性，从而更好地满足科学研究的需要。

3.化锌中的硫空位的第一性原理研究为了更好地理解硫化锌中的硫空位，本文采用第一性原理理论，从量子力学的角度，对硫化锌中硫空位的位置和物理性质进行研究。

首先，通过量子化学理论，计算出了硫化锌的结构参数，如晶格常数和电荷分布等，进行了分子的模拟。

结果表明，硫化锌的晶格常数为4.7，电荷分布垂直分布，能隙为2.2eV，晶格稳定性较高。

然后，根据量子物理理论，通过计算和模拟硫化锌中硫空位的电荷数量，发现了空位的位置和特性，这些空位可以被视为系统中的“配位孔”，能够激活离子和原子间的作用，从而改变材料的性质。

ZnS(110)表面掺杂过渡金属元素的第一性原理研究的开题报告

ZnS(110)表面掺杂过渡金属元素的第一性原理研究的开题报告题目：ZnS(110)表面掺杂过渡金属元素的第一性原理研究一、研究背景锌硫化物（ZnS）是一种广泛应用于光电学和半导体器件等领域的半导体材料。

对于ZnS的研究已经有着很长时间，但是其表面掺杂过渡金属元素的研究相对较少。

过渡金属元素掺杂可以改变ZnS的电子结构和化学性质，从而拓展其应用领域。

因此，研究ZnS(110)表面掺杂过渡金属元素的第一性原理研究具有重要意义。

二、研究意义1. 探索过渡金属元素掺杂对ZnS表面性质的影响。

2. 拓展ZnS的应用领域。

三、研究内容1. 采用密度泛函理论（DFT）方法，探究ZnS(110)表面在不同过渡金属元素掺杂下的电子结构、热力学性质等。

2. 分析不同过渡金属元素掺杂对ZnS表面吸附能、表面电荷分布等影响。

3. 建立模型，通过模拟验证理论研究结果。

四、研究方法1. 采用VASP软件进行第一性原理计算。

2. 基于几何优化的方法，对不同掺杂情况下的结构进行优化。

3. 采用Bader分析法分析吸附态和离子态电荷。

四、研究时间表1. 第一阶段（1个月）：文献调研，建立计算模型，学习计算方法。

2. 第二阶段（3个月）：对不同掺杂情况下的结构进行优化，计算相应的热力学性质，分析吸附能和表面电荷分布。

3. 第三阶段（2个月）：验证理论研究结果，建立模型进行模拟实验。

4. 第四阶段（1个月）：整理实验结果，撰写毕业论文。

五、研究经费本研究计划的经费来源为个人自筹。

主要用于实验所需材料和计算机设备的购买以及实验室使用和其它相关费用。

六、预期成果1. 探索过渡金属元素对ZnS表面性质的影响，拓展其应用领域。

2. 提出一种可行的ZnS表面掺杂过渡金属元素的方法。

3. 发表相关学术论文。

ZnS电子结构的第一性原理

纯ZnS材料的模型建立阿衣扎提1251624一、软件介绍用Materials Studio软件中的CASTEP计算程序下完成纯ZnS材料的模型。

CASTEP计算程序是目前较为准确的电子结构计算方法。

CASTEP适用于计算周期性的晶体结构，对于非周期性晶体结构一般采用特定的部分作为周期性晶体结构，建立单位晶胞后再进行计算。

故CASTEP软件一般采用超晶胞模型，在周期系统中进行计算。

另外，还可以计算晶体及其原子的光学光谱、态密度和分态密度，对其相应的发光机制和电子机制进行分析研究。

除此之外，计算一些晶体的性质，如能带结构、态密度、聚居数分析、声子色散关系、声子态密度、光学性质、应力等。

量子力学计算精确度高但计算密集。

直到最近，表征固体和表面所需的扩展体系的量子力学模拟对大多数研究者来说才切实可行。

然而，不断发展的计算机功能和算法的进步使这种计算越来越容易实现。

二、软件的使用1．计算任务的设置在CASTEP软件中行任务设置，主要是通过Visualizer应用窗口中的工具条之一“Calculation”来进行。