纤锌矿结构Ⅱ-Ⅵ族Zn化合物半导体晶格动力学和热力学性质的第一性原理研究

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近年来,Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体其独特光学性质,以及在激光、红外设备、和其它光学领域重要的应用,引起了人们极大兴趣,并被进行了广泛研究。Ⅱ-Ⅵ族化合物主要是宽带隙半导体,能隙覆盖整个可见光谱范围,几乎可以给出从紫外到红外波段的发光。在常温常压下,Ⅱ-Ⅵ族Zn基化合物具有立方闪锌矿和六方纤锌矿结构,且为直接带隙的宽禁带半导体。目前的研究和应用主要集中在立方闪锌矿结构的Zn化合物半导体材料,六角纤锌矿结构的Zn化合物半导体的研究还有待于进一步深入。   本文运用基于密度泛函理论的第一性原理方法对ⅡB-ⅥA六角纤锌矿ZnX(X=O,S,Se,Te)化合物半导体的晶格动力学性质和热力学性质进行理论计算。使用密度泛函微扰理论得到了材料的玻恩有效电荷张量、布里渊区中心的声子频率、声子色散曲线,以及相应的总态密度和分波态密度。计算结果表明的玻恩有效电荷张量具有各向异性,体现了材料本身的各向异性。通过对比发现,Γ点的声子频率与实验值及其它理论计算值符合的较好。根据已获得的声子谱,利用准简谐近似方法计算了晶格振动内能、亥姆霍兹自由能、熵以及定容比热等热力学参数,结果表明ZnO的熵与实验数据符合较好。
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