بررسي آثار نقص هاي بلوري و آلايش نقره روي ويژگي هاي ساختاري و الكترونيكي اكسيد روي با استفاده از روش هاي شبيه سازي در ابعاد اتمي

Investigation of structural and electronic properties of native point defects and Ag doping in ZnO applying first principles calculations

در اين مقاله، از روش شبيه سازي در ابعاد اتمي بر پايه محاسبه ي تابع چگالي الكتروني (DFT) براي بررسي خواص ساختاري و الكترونيكي اكسيدروي با نقص هاي نقطه اي به همراه ناخالصي نقره استفاده شده است. ابتدا نقش ناخالصي هاي ذاتي اكسيدروي مثل تهي جاي اكسيژن (VO) و تهي جاي روي (VZn) بعنوان عامل كاهنده يا فزاينده ي حامل هاي نوع-p بررسي شده است. همچنين، شرايط دستيابي به اكسيدروي نوع- p با ناخالصي نقره، انرژي تشكيل و خواص الكترونيكي نقص هاي مرتبط با اين ناخالصي مورد بررسي قرار گرفته است. مشخص شد كه نقص هاي ذاتي VO و VZn فضاي اطراف خود را دچار تنش مي كنند و بترتيب، نقص هاي نوع-n و نوع-p با ترازهاي انرژي eV 0.16 و 0.20 eV نسبت به لبه ي باند هدايت و ظرفيت ايجاد مي كنند. ناخالصي Ag در ملاء غني از اكسيژن جاي اتم Zn در ساختار اكسيدروي قرار مي گيرد و تراز ناخالصي پذيرنده 0.14 eV بالاي پهنه ي ظرفيت ايجاد مي كند.

In this work, we have investigated the structural and electronic properties of native point defects as well as Ag doping in ZnO applying first principles calculations based on density functional theory. The effect of point defects such as VO and VZn are studied in the increasing and decreasing of p-type carriers. In addition, structural properties, formation energies, defect levels of VO, VZn, Agi, AgO and AgZn are calculated to show the possibility of achieving p-type doping in different environment. VO and VZn are calculated to be donor and acceptor defects, with defect levels of 0.16 eV and 0.20 eV under the conduction band and above the valance band, respectively. At O-rich condition, Ag could replace Zn sites in ZnO crystal structure, which induces an acceptor level 0.14 eV above the top of valance band. As a results, Ag dopant may leads to p-type ZnO in O-rich condition with a proper acceptor level.