Sb掺SnO2的光电性质研究-西南民族大学学报（自然科学版）.PDF

第40 卷第5 期 西南民族大学学报·自然科学版 Sept 2014 Journal of Southwest University for NationalitiesNatural Science Edition ___________________________________________________________________ doi: 10.3969/j.issn.1003-4271.2014.05.25 Sb 掺SnO2 的光电性质研究 1 2 龙梅 , 闫安英 (西南民族大学电气信息工程学院, 四川 成都 610041) 摘 要: 基于密度泛函理论, 我们研究了掺杂浓度为 12.5%时Sb 掺杂SnO2 的电子结构和光学性质, 包括能带结构、态 密度、介电函数和光学吸收谱. 掺杂后的 SnO2 材料的导电性得到了明显的增强, 具有了半金属的性质；费米能级处能 带细化, 介电常数和光学吸收谱具有对应关系, 光学吸收谱峰值发生了蓝移. 关键词: 能带结构; 态密度; 介电谱; 吸收谱 中图分类号: O56 文献标识码: A 文章编号: 1003-4271(2014)05-0768-04 1 引言 [1-2] 二氧化锡(SnO )材料是一种具有金红石结构的宽禁带n型半导体材料 . SnO 已被广泛地用于太阳能电池、 2 2 [3-9] [10-12] 催化剂和气体传感器 . 许多实验和理论研究通过掺杂不同金属来提高二氧化锡的传感性能以及电学性能 . 本文基于密度泛函理论, 研究讨论了掺杂对SnO 材料的电子结构对光学性质的影响. 以掺杂掺杂浓度为 2 12.5%的Sb为例, 研究了掺杂后的能带结构、态密度、反射谱和光学吸收谱. 2 理论模型和研究方法 理想SnO2 晶体是金红石结构, 属于D4h 空间群, 晶格常数实验值a=b=0.474nm, c=0.319 nm. 本文采用的计 算模型是基于SnO2 的超晶胞模型(如图1), 通过密度泛函理论计算能带结构、态密度、反射谱和光学吸收谱. 3 研究和讨论 3.1 能带结构 从图2 我们可以看出, 掺杂后的结构属于宽禁带直接带隙半导体, 价带顶和导带底都位于布里渊区的G 点, 我们取费米能级处作为零能量的参考点, 只考虑费米能级附近的导带和价带, 通过能带结构图对比, 我们发现: [13] 掺杂后的 SnO2 的能级数比未掺杂时能级数目明显增多 , 这主要是 Sb 的5d 和5s 态做的贡献, 费米能级水平 进入导带. 主要原因是掺杂引起自由载流子浓度的改变, 从而引起 SnO2 能带的两个方面的改变. 一方面, 高浓 度载流子直接使得费米能级进入导带；另一方面, 载流子间的相互作用产生多体效应,