Cr掺杂对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

当Cr掺杂ZnO的摩尔数为0.0313~0.0625的范围内,掺杂体系的最小光学带隙宽度和吸收光谱分布随Cr掺杂浓度的变化出现了两类相反的实验结果。为了解决本问题,采用密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波超软赝势方法,用PBE泛函的计算方案来描述电子间的交换关联能,对未掺杂ZnO和3种不同浓度Cr掺杂ZnO超胞模型进行了能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱的计算。结果表明,当Cr掺杂摩尔数为0.0313~0.0625的范围内,随着Cr掺杂量增加,掺杂体系的晶格常数和体积增大,总能量和形成能减小,结构更稳定,掺杂更容易,最小光学带隙宽度增大,吸收光谱显著蓝移。计算结果与实验结果相一致,并合理解释了存在的问题。这对制备Cr掺杂ZnO中实现短波长光学器件有一定的理论指导作用。