ZnSe的电子结构和性质.ppt
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ZnSe的电子结构和性质.ppt
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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、KB。
理论基础,密度泛函理论薛定谔求解局域密度近似(LocalspinDensityApproximation,LDA)广义梯度近似(GeneralizedGradientApproximation,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50.583076nm3。
(2)Zn原子的电子主要分布在d轨道,价电子构型为3d104s2,而Se原子的电子主要分布在P轨道,价电子构型为4s24p4。
(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。
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- ZnSe 电子 结构 性质