基于团簇加连接原子模型定量分析阳离子掺杂ZnO电子载流子浓度

• 作者: 丁万昱 刘浩 张爽 张鑫 李军 王全 王华林
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 物理学
• 关键词: 团簇加连接原子模型 超团簇结构 透明导电氧化物材料 阳离子掺杂ZnO 掺杂分布 载流子浓度
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 专题——基于团簇理论的薄膜成分设计
• 页码范围: 68-74
• 页数: 7页
• 分类号: O484
• 字数: 6626字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.05.008

摘要

目的 定量分析阳离子掺杂ZnO材料中最优化阳离子掺杂量及电子载流子浓度.方法 基于团簇加连接原子模型,解析并建立阳离子掺杂ZnO材料的团簇式结构,计算最优阳离子掺杂量条件下的电子载流子浓度.根据理论分析结果,设计Sn掺杂ZnO材料,并利用磁控溅射方法制备Sn掺杂ZnO薄膜.通过紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪等分别评价Sn掺杂ZnO薄膜的透光率和电子载流子浓度.结果 以纤锌矿ZnO为研究体系,基于团簇加连接原子模型,建立纤锌矿ZnO的团簇式{[Zn-O4]Zn3}.在此基础上,建立纤锌矿ZnO超团簇结构:{中心团簇式}—{第一近邻团簇式}6—{连接团簇式}={[Zn-O4]Zn3}—{[Zn-O4]Zn3}6—{[Zn-O4]Zn3}=Zn32O32.基于纤锌矿ZnO超团簇结构,建立阳离子掺杂ZnO的超团簇结构{[M-O4]Zn3}—{{[M-O4]Zn3}{[Zn-O4]Zn3}5}—{[M-O4]Zn3}=M3Zn29O32,给出最优化元素配比AM︰AZn=10.34％.根据阳离子掺杂ZnO的超团簇结构M3Zn29O32,定量计算出Al3Zn29O32的最优化电子载流子浓度为3.935×1021 cm–3,并分析实际应用的AlZn31O32薄膜的电子载流子浓度仅为最优化理论值1/10的原因.最终,设计并制备SnZn31O32薄膜,其在可见光波段(450～800 nm)的平均透光率为80.25％±1.74％,电子载流子浓度为(7.72±1.68)×1020 cm–3.结论 团簇加连接原子模型能够定量解析阳离子掺杂ZnO材料体系中掺杂量与电子载流子浓度,可为设计高性能阳离子掺杂ZnO材料提供理论指导.基于团簇加连接原子模型设计的SnZn31O32薄膜,具备透明导电性质,通过进一步的研究,有望成为具有高电子载流子浓度的新型透明导电氧化物材料.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	王华林	大连交通大学材料科学与工程学院	8	25	3.0	4.0
2	丁万昱	大连交通大学材料科学与工程学院	17	58	5.0	6.0
3	刘浩	大连交通大学材料科学与工程学院	5	1	1.0	1.0
4	李军	大连交通大学材料科学与工程学院	2	1	1.0	1.0
5	张鑫	大连交通大学材料科学与工程学院	2	18	1.0	2.0
6	王全	大连交通大学材料科学与工程学院	1	0	0.0	0.0
7	张爽	大连交通大学材料科学与工程学院	1	0	0.0	0.0