第一性原理研究：S掺杂与Li-N共掺对ZnO电子结构的影响

"这篇论文主要探讨了掺杂ZnO的电子结构，特别是S掺杂和Li-N共掺对ZnO性能的影响。作者通过第一性原理计算，分析了掺杂前后ZnO的能带结构和稳定性。" 掺杂ZnO的研究在信息技术和电子商务领域具有重要意义，因为这种材料广泛应用于各种电子设备，如压电传感器、变阻器、紫外发光二极管以及透明导电薄膜等。ZnO作为II-VI族的宽禁带半导体，其禁带宽度大（3.37电子伏特）和高激子束缚能（60毫电子伏特）使得它在短波光电子应用中极具潜力。然而，为了实现ZnO在光电器件中的实际应用，有效地调整其能带结构和实现稳定的p型掺杂至关重要。 论文首先采用了混合密度泛函理论(Hybrid Density Functional Theory)结合投影缀加波(Projector Augmented-Wave)方法，研究了不同浓度的S掺杂对ZnO的几何结构和电子结构的影响。结果表明，随着S掺杂量的增加，ZnO的禁带宽度经历了先减小后增大的过程。态密度分析揭示S-3p电子占据了价带顶，而导带底仍然由Zn-4s轨道主导。此外，价带顶和导带底的位置改变导致了能带宽度的先窄后宽的变化，这主要归因于晶格常数的调整和阳离子与阴离子之间键合状态的改变。 接着，论文探讨了S掺杂对ZnO中本征缺陷形成能和离化能的影响，这是理解掺杂过程稳定性和电荷迁移的关键。此外，论文还涉及了Li和N共同掺杂对ZnO p型导电性的贡献。Li-N共掺通常被认为是实现ZnO p型导电的有效途径，因为它可以引入空穴并调整材料的能带偏移。 这篇论文深入研究了掺杂ZnO的电子结构，特别是S掺杂和Li-N共掺对ZnO能带工程和p型掺杂性质的调控作用，为优化ZnO基光电子器件的设计和性能提供了理论支持。这些研究对于推动ZnO在信息化和电子商务相关领域的应用，如高效太阳能电池、LED照明和微电子设备等，具有重要的科学价值和实际意义。