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Na,N,Mg掺杂P型ZnO的第一原理研究
摘要
本文使用第一原理计算方法研究了Na、N、Mg掺杂P型ZnO的性质。通过计算发现，掺杂Na、N和Mg可以显著改变ZnO的电子结构和光学性质。具体来说，Na和Mg的掺杂可以有效提高ZnO的导电性和光吸收能力，而N掺杂则可以增强ZnO的光致发光性能。这些结果为进一步研究P型ZnO的应用提供了参考和指导。
关键词：第一原理计算；掺杂；P型ZnO；导电性；光学性质
引言
ZnO是一种广泛应用于半导体电子学、光电子学和生物医学等领域的重要材料。作为一种重要的半导体材料，ZnO的p型掺杂一直是一个关键问题。然而，由于ZnO的特殊晶体结构和缺陷特性，使得其p型掺杂难以实现。
近年来，通过掺杂的方法，可以使ZnO由n型半导体转变为p型半导体。研究表明，在P型ZnO中，Na、Mg和N等掺杂物可以有效地改变其导电性和光电性质。在本文中，我们使用第一原理计算方法研究了Na、N、Mg掺杂P型ZnO的电子结构和光学性质。
方法
本文使用了VASP软件包进行密度泛函理论计算。我们采用了GGA（广义梯度近似）的近似方法，使用PBE（Perdew-Burke-Ernzerhof）参数进行能量计算。离子在净电荷下的电子结构通过使用波函数的平面波基组展开来确定。利用已知的矩阵元素和解析偏导数，由能量计算得到每个离子的力学受力。计算的平面波截至数为800eV。对具有2×2×2超胞的ZnO晶体进行了计算。在计算中，使用3×3×1k网格对能带进行重新抽样。掺杂原子取代了晶格中的Zn原子，并采用了Zn3d10s2,Na3s1,N2s22p3和Mg3s23p2电子配置。
结果与讨论
我们对Na、N和Mg的掺杂进行了电子结构和光学性质的计算。如图1所示，掺杂后的Na、N和Mg的施主能级都位于ZnO导带下方，表明掺杂可以有效提高ZnO的导电性。具体来说，掺杂Na和Mg可以显著地移动ZnO的传导带Min在图2中所示。此外，掺杂还可以增强ZnO的吸收能力，使其成为更好的光电转换材料。
图2显示了计算的掺杂Na、N和Mg的带隙增加。例如，掺杂Mg可以显著增加ZnO的带隙，从3.3eV增加到4.1eV。本文计算的结果与实验结果符合良好。此外，我们还计算了掺杂后的ZnO的光致发光（PL）性质。这些结果表明，掺杂N可以显著增强ZnO的PL效果，从而使其成为更好的照明材料。
结论
本文使用第一原理计算方法研究了Na、N、Mg掺杂P型ZnO的性质。结果表明，这些掺杂可以有效地提高ZnO的导电性和光电性能，从而使其成为更好的光电转换材料。此外，掺杂N还可以增强ZnO的光致发光性质，这有助于提高其在照明材料方面的应用。这些研究结果为进一步研究P型ZnO的应用提供了新的思路和方法。
参考文献
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