纤锌矿结构氧化锌（ZnO）设计（论文）

目录
摘 要 2
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2 掺杂氧化锌的研究背景 1
1.3本论文的研究内容 2
一、ZnO的研究背景以及掺杂ZnO的研究背景，研究意义。 2
四、掺杂ZnO的研究进展，不同离子掺杂对其薄膜的影响。 2
2氧化锌概述 2
2.1 ZnO的结构 3
2.1.1 ZnO的晶体结构 3
纤锌矿ZnO结构示意图 4
2.1.2 ZnO的能带结构 4
半导体的能带结构 4
2.2 ZnO的基本特性及应用 6
图（6）ZnO薄膜典型的室温PL谱 8
2.3 ZnO材料的缺陷 8
2.3.1 缺陷的分类 8
2.3.2 缺陷的作用 10
2.3.3 掺杂方法 10
2.4 ZnO的形态结构 11
2.5 ZnO薄膜的应用 13
2.5.3 气敏元件 14
3 Mn掺杂ZnO稀磁半导体 15
3.1 稀磁半导体概述 15
3.1.1稀磁半导体的基本概念 15
3.1.2稀磁半导体的晶体结构及分类 16
（A）闪锌矿结构 （B）纤锌矿结构 17
3.1.3铁磁机制 17
3.2稀磁半导体的性质和应用 18
3.3稀磁半导体的研究进展 18
3.3.1理论进展 18
3.3.2试验进展 19
3.4 稀磁半导体的制备 20
3.5稀磁半导体的研究意义 21
4 Mn掺杂ZnO特性研究 21
4.1研究进展 21
4.3 室温铁磁性研究 26
4.3.1 简单介绍 27
4.3.2 理论基础（密度泛函理论） 28
4.3.2.1 Tomas-Fermi-Dirae理论 28
4.3.2.2 Hohenberg-Kohn定理 29
4.3.2.3 Kohn一Sham方程 29
4.3.2.4交换-关联能函数近似 29
4.3.3 室温铁磁性的初步研究 30
4.3.4 不同退火温度对铁磁性的影响 31
4.3.4 不同掺杂浓度对铁磁性的影响 33
4.4 光学特性研究 34
4.4.1 Mn含量对薄膜吸收光谱的影响 34
4.5 Mn掺杂ZnO薄膜的研究意义 37
结论与展望 37
（2）MCD的频谱表明该导带是磁性离子和自旋分裂的杂交。 56
（4）随着温度升高超过150K，MCD的强度不会下降。 56
致 谢 57

摘 要
纤锌矿结构氧化锌（ZnO）是一种宽禁带的直接带隙氧化物半导体材料，它具有低介电常数、大光电耦合系数、高化学稳定性、高的激子结合能以及优良的光学、电学及压电特性等，因此在许多方面有着潜在的使用价值，可广泛的应用于太阳能电池、压电薄膜、光电器件、气敏器件和紫外探测器等方面。
对于ZnO材料的研究，我们已经取得了很大的成就，但是这些研究主要是集中于其材料的实验制备、功能和电子结构等理论工作。近年来，过渡金属掺杂ZnO等稀磁半导体材料成为了人们的研究方向，激起了人们的研究欲望。通过对氧化锌进行过渡金属的掺杂，能改变它的特性，同时也具有铁电性，所以成为了集成光电器件中一种极具潜力的材料。
1.3本论文的研究内容
ZnO薄膜是直接带隙半导体，具有很好的光电性质，对紫外光有较为强烈的吸收，在可见光区，光透过率接近90%。ZnO薄膜的光电特性与其化学组成、能带结构、氧空位数量及结晶密度相关，在适当的制备条件及掺杂条件下，ZnO薄膜表现出很好的低阻特征。
另外，Mn掺杂后对ZnO薄膜的光学、电学等性能有显著影响，而Mn等过渡族金属掺杂ZnO薄膜有望制备出稀磁半导体，并有可能成为新一代信息存储的载体。
所以本课题针对Mn掺杂ZnO薄膜进行理论分析，主要从理论上分析、归纳Mn掺杂对ZnO薄膜的晶格结构、表面形貌、光学性能、铁磁性能等的影响。主要包括以下几个方面：
一、ZnO的研究背景以及掺杂ZnO的研究背景，研究意义。
二、ZnO的晶格结构、能带结构、密度分布图、基本性能研究以及应用，ZnO缺陷分类、作用，以及掺杂的基本方法，ZnO的形态结构，ZnO薄膜的应用。
三、稀磁半导体的定义、晶格结构、分类、性质、应用，研究历史，以及稀磁半导体的制备方法、研究意义。
四、掺杂ZnO的研究进展，不同离子掺杂对其薄膜的影响。
五、Mn掺杂ZnO薄膜的晶格结构、表面形貌特征，室温铁磁性研究，以及研究其的理论基础——密度泛函理论，不同退火温度对铁磁性的影响；不同含量的掺杂对其吸收光谱的影响，透射谱的研究以及发光性质等性质的研究。