ZnSe的电子结构和性质.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ZnSe,的电子结构和性质,目录,1.,绪论,课题背景、研究现状。,ZnSe,的晶体结构、性质。,2.,本课题的研究内容,理论基础：第一性原理、密度泛函理论、态密度。,用量化软件分析研究,ZnSe,晶体结构，原子,Mulliken,布居情况，以及能带结构的分析。,3.,结果与讨论,4.,结论与展望,课题背景,ZnSe,属直接带隙,-,族半导体,是制造蓝光半导体激光器件,非线性光热器件和红外器件的重要材料。,ZnSe,是一种重要的半导体光电材料，在光致发光和电致发光器件、太阳能电池、红外探测器和激光器等领域都有重要的用途。,半导体激光广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是目前生产量最大的激光器。,ZnSe,的晶体结构、性质及应用,闪锌矿,ZnSe,晶体类似于金刚石结构，每个,ZnSe,晶胞中含四个,Zn,原子和,4,个,Se,原子，,Zn,和,Se,各自按面心立方密堆排列，两者沿空间对角线方向相互移动四分之一体对角线长套构而成，互为四面体的体心，如右图所示。,ZnSe,的晶体结构、性质及应用,ZnSe,被认为是一种较好的制备蓝绿激光器的材料,已引起世界各国科研人员的广泛关注。,随着激光技术的飞速发展,人们发现掺杂过渡金属离子的,族主体材料,(,ZnSe,、,ZnS,、,ZnTe,等,),具有较佳的中红外特性,是大气环境监测、激光遥感、光通信、人眼安全探测系统、神经外科、高分辨率光谱学、激光雷达、光学参量振荡,OPO,的理想光源。,理论基础,量化计算软件是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序。用,Fortran90,语言编写，用密度泛函理论模拟固体、界面和表面的特性，研究的材料包括陶瓷，半导体，金属，矿物，沸石，液晶等。典型的应用包括表面化学，键结构，态密度和光学性质等研究，量化计算软件也可用于研究体系的电荷密度和波函数的形式。,理论基础,第一性原理计算方法概述：,根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一性原理。,计算方法是指仅需采用,5,个基本物理常数,:m,、,e,、,h,、,c,、,K,B,。,理论基础,密度泛函理论,薛定谔求解,局域密度近似,(Local spin Density Approximation,，,LDA),广义梯度近似,(Generalized Gradient Approximation,，,GGA),赝势、超软赝势,理论基础,Zn,原子和,Se,原子的,Mulliken,布居情况：,ZnSe,的,Zn,原子失去电子，为电子的给体，,Se,原子得到电子，为电子受主。,结果与讨论,ZnSe,共价键,ZnSe,共价键的结合关系：,Zn,与,Se,原子之间距离很近，其键长约为,2.54208nm,，在原子之间形成包含弱离子键的共价成份较高的共价键。,能带结构,ZnSe,能带结构图：,图中可以看出,ZnSe,的价带基本上可以分为四个区域：,-7.26eV,以下的下带；,-7.26-5eV,的中间价带；,-5-0.2eV,处的上价带；,0eV,以上的导带部分。,ZnSe,图谱分析与讨论,1.,常温常压下,Zn,的分,波态密度图：,能量位于,-7.26-5ev,的电子个数最多。,ZnSe,图谱分析与讨论,2.,常温常压下,Se,的,分波态密度图：,Se,原子而言，在导,带的低能区，,4s,电子,表现的较为突出，在,导带的高能区，,4p,电,子相比之下所做的贡,献多一些。,ZnSe,图谱分析与讨论,3.,常温常压下,ZnSe,的总体态密度：,结论,（,1,）,ZnSe,晶胞参数表可知，晶胞间距为,4.151nm,，晶格夹角为,60,。,ZnSe,原胞体积为,50.583076nm,3,。,（,2,）,Zn,原子的电子主要分布在,d,轨道,价电子构型为,3d,10,4s,2,，而,Se,原子的电子主要分布在,P,轨道，价电子构型为,4s,2,4p,4,。,（,3,）,ZnSe,的,Zn,原子失去电子，为电子的给体，,Se,原子得到电子，为电子受主。,Zn,与,Se,原子之间距离很近，其键长约为,2.54208nm,。,结论,（,4,）,Zn,原子的,3d,轨道上的电子定域性很强，但仍然有部分电子与,Se,原子的,4p,轨道成键，在原子之间形成包含弱离子键的共价成份较高的共价键。,（,5,）,ZnSe,是一种直接带隙半导体材料，导带底和价带顶都位于布里渊区的中心的,G,点处，带隙为,1.0eV,比实验值偏小,。,