基于Al-N共摻的ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于Al-N共摻的ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化設(shè)計方法，N為介質(zhì)材料，Al為摻雜金屬，取Al與N的摻雜比例q=x:y，x、y分別為Al、N的原子個數(shù)；計算q=0:0的能帶結(jié)構(gòu)并繪制能帶結(jié)構(gòu)圖，判斷未實現(xiàn)P型轉(zhuǎn)化；改變摻雜比例q，分別增大x與y的值，使x與y相等或差值為1；每改變一次q值都要計算改變后的該q值對應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)并繪制對應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)圖；當(dāng)按次取摻雜比例時，從此次的能帶結(jié)構(gòu)圖上判斷費米能級是否進(jìn)入價帶，如果進(jìn)入價帶，則此次取的摻雜比例為最佳摻雜比例，輸出該最佳摻雜比例；如果沒有進(jìn)入價帶，則未實現(xiàn)P型轉(zhuǎn)化，繼續(xù)依次改變摻雜比例直至得到最佳摻雜比例為止；本發(fā)明提高了ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化效果。
【專利說明】基于Al-N共摻的ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ZnO金屬陶瓷薄膜材料，具體是指ZnO金屬陶瓷薄膜材料的P型轉(zhuǎn)化設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002]薄膜材料被廣泛的用于激光器、太陽能電池、探測器、傳感器、平板顯示等領(lǐng)域，薄膜材料的性質(zhì)決定了薄膜元器件的性質(zhì)。ZnO具有高的激子束縛能(60meV)，使其廣泛在紫外和藍(lán)光發(fā)射方面有巨大的應(yīng)用潛力。由于本征ZnO存在電阻率高、穩(wěn)定性差等缺點，限制了其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用，所以對ZnO的改進(jìn)集中在摻雜改性。通常在本征ZnO中主要存在O空位和Zn間隙等本征缺陷，使ZnO天然呈現(xiàn)弱η型導(dǎo)電，所以對ZnO進(jìn)行η型摻雜較為容易實現(xiàn)，使ZnO實現(xiàn)P型摻雜較為困難，從而限制了其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用。目前較為廣泛的是采用氮(N)元素作為ZnO材料的P型轉(zhuǎn)化摻雜物，然而，由于N在ZnO材料中的活性不強，與Zn難于成鍵，同時其固溶度很低導(dǎo)致雜質(zhì)能級之間強烈的排斥作用使ZnO材料受主能級進(jìn)一步變深，所以N元素單獨的摻雜實際上很難獲得P型ZnO半導(dǎo)體。
[0003]為了解決這個問題,采用N與招(Al)施主元素共摻作為ZnO材料的P型轉(zhuǎn)化摻雜物，期望施主與受主能級之間的排斥作用能夠使受主能級有所降低。但是，由于受主與施主的波函數(shù)之間通常存在差異，能級之間的相互作用并沒有得到準(zhǔn)確的規(guī)律，P型轉(zhuǎn)化效果不佳，且共摻法的最終效果與摻雜比例有著很大的關(guān)系，據(jù)對Al與N共摻法中摻雜比例進(jìn)行研究，最佳的摻雜比例仍然沒有一個統(tǒng)一明確的方法。
[0004]采用N與Al施主元素共摻時，為了實現(xiàn)ZnO金屬陶瓷薄膜在光電子器件中的應(yīng)用，對其電學(xué)特性的研究較為重要。由于材料的性能主要由構(gòu)成材料的各原子核外電子之間的相互作用所決定。理論上，通過構(gòu)建與之對應(yīng)的多體薛定諤方程并求得方程的解，就能預(yù)知并獲得該材料的許多特性，而由于多體之間的相互作用非常復(fù)雜，直接求解多體的薛定諤方程

【權(quán)利要求】
1.一種基于Al-N共摻的ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化設(shè)計方法，其特征是具有以下步驟: (1)選擇N為介質(zhì)材料，Al為摻雜金屬，取Al與N的摻雜比例:分別為Al、N的原子個數(shù)；(2)取<7=0:0,計算<7=0:0的ZnO能帶結(jié)構(gòu)并繪制能帶結(jié)構(gòu)圖，能帶結(jié)構(gòu)圖中能量為OeV處的費米能級Ef沒有進(jìn)入價帶，判斷出摻雜比例g=0:0未實現(xiàn)ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化； (3)改變摻雜比例q’分別增大z與_7的值，使Z與_7相等或者兩者的差值為I; (4)每改變一次<7值都要計算改變后的該<7值對應(yīng)的ZnO能帶結(jié)構(gòu),并繪制對應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)圖； (5)當(dāng)按次取摻雜比例^時，從此次的能帶結(jié)構(gòu)圖上判斷費米能級Ef是否進(jìn)入價帶，如果費米能級Ef進(jìn)入價帶，則此次取的摻雜比例為最佳摻雜比例，所對應(yīng)的導(dǎo)電類型為P型，停止繼續(xù)改變摻雜比例并輸出該最佳摻雜比例；如果費米能級Ef沒有進(jìn)入價帶，則此次的摻雜比q未實現(xiàn)P型轉(zhuǎn)化，則繼續(xù)依次改變摻雜比例ψ直至得到最佳摻雜比例為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于Al-N共摻的ZnO金屬陶瓷薄膜P型轉(zhuǎn)化設(shè)計方法，其特征是:x =0，I, 2，..., 16 ；y = O, I, 2，...，16。
【文檔編號】G06F17/50GK104200000SQ201410350887
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】楊平, 趙艷芳 申請人:江蘇大學(xué)