氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质影响研究（无机化学论文） ㊣ 精品文档 值得下载

位浓度的增加，晶体结构参数减小，导致晶粒尺寸减小，单位厚度的晶界数量增加，单位厚度的压敏电压增大因此在氧化锌电阻片中氧空位浓度的增加，有利于提高氧化锌电阻片的电位梯度材料的相对介电常数可表示为εε式中ε为晶界介电常数为晶粒尺寸为晶界厚度若晶界厚度变化不大，随着体系氧空位浓度的增加，晶粒尺寸减小，导致介电常数减小体系氧空位形成能氧空位形成能是用来表征形成氧空位难易程度的物周围产生种不同形式的势场，分别是氧空位导致的价正电性的电势场和结构空位导致的力学势场氧空位周围的其他粒子由于受到力学势场的吸引会向空位处偏移，以及与氧空位次近邻的氧离子在电势场的吸引下同样向氧空位处偏移，这种势场的共同作用导致晶格常数和体积均减小，并且随着晶体中氧空位浓度的增加，种势场的作用更加显著，使得晶格常数和体积的减小程度越大在氧化锌电阻片中，其电位梯度由单位厚度上的晶界层数量决定，而通过氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质影响研究无机化学论文法计算使用软件包，采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波贋势方法，用泛函来描述交换和相关势，迭代自洽求解方程运用平面波超软贋势来处理电子和离子实之间的相互作用用和来构建贋势的电子组态各模型的计算是在不固定任何参数下的几何优化，并把能量自洽场和能带的收敛精度都设置为每个原子每，体系的稳定性下降，氧空位形成越困难，并且导带向低能方向发生偏移第性原理对氧空位与掺杂原子相互作用的研究结果表明，氧空位能够使受主掺杂的晶格常数和晶格体积变大，以及对受主掺杂体系的导电性产生影响本文计算了在不同氧空位浓度下，各模型体系的晶体结构氧空位形成能能带结构态密度载流子有效质量及电导率等，并进行比较性分析，为研制出具有高电压梯度低残压比特点的高性能氧化锌电阻阀片提供理论参考理论模型和化锌电阻阀片中的肖特基势垒是由本征缺陷引起的文献研究了氧化锌电阻阀片残压比的影响因素，结果表明晶粒尺寸不会影响氧化锌电阻阀片的非线性系数和泄漏电流，但残压比随着晶粒尺寸增大而增大晶粒电阻率不会影响氧化锌电阻阀片的参考电压梯度泄漏电流以及非线性系数，但对氧化锌电阻片的残压比产生显著影响在氧化锌电阻阀片中，晶粒越多，导致晶界数量越多，其电位梯度越高，晶粒均匀细小化是提高电阻片电位梯度的可行途径摘要为研究氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响，在微观层面上模拟了种不同氧空位浓度的晶体模型基于第性原理计算了各模型体系的晶体结构氧空位形成能能带结构态密度载流子有效质量及电导率等结果表明，随着氧空位浓度的增加，晶格常数和体积均随之减小，导致晶粒尺寸减小，单位厚度的晶界数量增加和压敏电压增大，氧空位形成能逐渐增大，高浓度氧空位形成越困难在含有氧空位的体系中均产生了深能级电子陷阱，李盛涛，何锦强，等无机材料学报，张飞鹏，房慧，张忻，等分子科学学报，侯清玉，郭少强，赵春旺物理学报，郭保智，刘永生，武新芳，等人工晶体学报，方文玉，王晓雯，高深原子与分子物理学报，应杏娟，倪争技人工晶体学报，严群，陈家钊，涂铭旌硅酸盐学报，李亚莎，黄太焕，章小彬，等原子与分子物理学报，陈新岗，李凡，桑建平高电压技术，汪志刚，张杨，文玉华原子与分子物理学报，刘恩科，朱秉升，罗晋分，计算得到，和电导率的比值为∶∶∶通过比较不同氧空位浓度下晶体的电导率比值，可得如下结论在温度定时，随着氧空位浓度的增加，晶体的电导率逐渐减小，导电性能变弱这结论与实验结果相符合因此氧化锌电阻片中氧空位浓度的增大，将不利于减小氧化锌电阻片的残压比结论基于第性原理研究了氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响随着体系中氧空位浓度的增加，晶格常数和体积均随之减小，导致晶粒尺寸减小计算结论相致在求载流子浓度的大小时，可分别对各氧空位体系总态密度中导带底到费米能级之间的曲线进行积分运算，然后用积分结果分别除以对应的几何优化后氧空位体系的总体积计算求得，和载流子浓度相对值分别为，和，导致载流子浓度逐渐增大迁移率和电导率分析各种因素的影响会导致晶体内部产生氧空位缺陷，进而晶体内部会形成局域带电中心，对运动在周围的载流子产生库仑作用力，其局域带电中心成为载流子散射的附加场，对载流空位晶体中产生了深能级电子陷阱，并且由于不同氧空位浓度晶体产生的杂质能级与费米能级重合程度不同，导致不同氧空位浓度晶体产生的深能级电子陷阱俘获载流子的陷阱效应不同导电性能分析有效质量和电子浓度分析根据半导体物理学理论，半导体中的电子即使在没有外加电场作用时，仍要受半导体内部原子及其他电子势场作用有效质量可以概括半导体内部势场对电子的作用，其表达式为κκ式中为普朗氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质影响研究无机化学论文生半导体物理学北京电子工业出版社，曲灵丰，侯清玉，许镇潮，等物理学报，侯清玉，赵春旺，李继军，等物理学报，侯清玉，吕致远，赵春旺物理学报，禹争光氧化锌压敏电阻电输运特性及大通流器件设计研究成都电子科技大学，李亚莎，俞旭，黄太焕，陈家茂，孙林翔，陈凯氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质的影响分子科学学报，基金国家自然科学基金资助项目氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质影响研究无机化学论文应不同在温度定时，随着氧空位浓度的增加，晶体的电导率逐渐减小，导电性能变弱，此结论与实验结果相致因此氧化锌电阻片中氧空位浓度的增大，将不利于减小氧化锌电阻片的残压比参考文献何金良，刘俊，胡军，等高电压技术，李盛涛，成鹏飞，赵雷，等物理学报，胡军，龙望成，何金良，等高电压技术，陈大洋，钟庆东，巫欣欣，等材料导报，蔺家骏，底和价带顶在空间中处于同位置，即该晶体为直接带隙半导体，此结果与文献结果相致对比图，可以看出在有氧空位的各体系中均产生了杂质能级，并且该能级与价带顶很接近，位于禁带中心附近，因此可以得出氧空位晶体能够产生深施主杂质能级通过比较图，可以得到不同氧空位浓度晶体产生的深杂质能级与费米能级均有不同程度重合根据半导体物理学，陷阱效应是指杂质能级积累非平衡载流子的作用在研究陷阱效应时，只需，单位厚度的晶界数量增加压敏电压增大，材料的相对介电常数减小因此氧化锌电阻片中氧空位浓度的增加，有利于提高氧化锌电阻片的电位梯度随着体系氧空位浓度的增加，体系的氧空位形成能越高，表示在晶粒中形成更高氧空位浓度越困难在氧空位晶体中产生了深能级电子陷阱，并且由于不同氧空位浓度晶体产生的杂质能级与费米能级重合程度不同，导致不同氧空位浓度晶体产生的深能级电子陷阱俘获载流子的陷阱效子的散射概率和迁移率均产生了影响散射概率有下列关系∝式中表示氧空位浓度，为温度根据平均自由时间与散射概率成反比关系，则∝电子迁移率表达式式中为电子迁移率，为载流子所带电荷量，为电子有效质量电导率公式式中其中为载流子浓度，为载流子所带电荷量，为电子迁移率将式和代入到式中得到电导率公式通过式约去相同部常数，κ为波矢，κ为波矢κ处所对应的能量由各氧空位体系能带结构中导带底的能带沿方向对能量曲线求阶导数，将求导结果和已知数据代入式中可得到有效质量计算求得，和载流子的有效质量相对数值分别为，和，随着体系氧空位浓度的增加，载流子的有效质量逐渐增大有效质量与带隙宽度成正比，带隙宽度越宽，有效质量越大从图能带图中，可以看出随着晶体中氧空位浓度的增加，最小带隙逐渐增大，因而有效质量逐渐增大，与上述关注那些有显著积累非平衡载流子作用的杂质能级杂质能级积累非平衡载流子公式可表示为Ν式中为杂质能级上积累非平衡电子数是复合中心浓度是平衡电子浓度是费米能级与本征费米能级重合时导带平衡电子浓度能级的位置决定杂质能级能否成为陷阱从式可知，要得到最大的陷阱作用最大，此时需要满足条件为，即杂质能级与费米能级重合时，最有利于陷阱的作用因此可得结论在有氧氧空位浓度对氧化锌电阻阀片电学性质影响研究无机化学论文线性特性就越优越探究氧空位晶粒是否会产生深的电子陷阱能级，能进步解释氧化锌电阻片非线性特性现象图种不同氧空位浓度的晶体的能带结构分布计算所得氧空位前后种体系的能带结构分布如图所示由于空位个原子会放出个电子，因此氧空位体系皆是型半导体在半导体物理学中，型半导体的深杂质能级是指杂质能级与价带顶很接近，深杂质能级位于禁带中心附近从图中可以看出，方纤锌矿结构的纯晶体的导带理量氧空位形成能越高，表示形成氧空位越困难，反之越容易氧空位形成能的表达式为式中，是含有氧空位体系的总能量是与含有氧空位超晶胞体系相同的纯总能量，为氧的化学势，为缺陷所带电荷，为费米能级，为价带顶能量，体系中氧空位为中性不同氧空位浓度下各体系氧空位形成能分别为，和可以制晶粒尺寸，就可以改变单位厚度上的晶界层数量由氧化锌电阻片非线性电阻导电模型可知，单位厚度压敏电压公式表示为式中为单位厚度压敏电压，即电位梯度为每个晶界的击穿电压，近似为为单位厚度的晶粒数量为平均晶粒尺寸为晶粒的压降，在小电流区域可以忽略不计由式可知单位厚度的压敏电压随晶粒尺寸的减小而增大，与单位厚度的晶界数量成正比关系由表可得随着个原子上的受力不超过，内应力偏差不大于，公差偏移小于布里渊区点的选取分别为和平面波截断能半径均设置为，对所有模型进行电子结构的精确计算计算结果与讨论晶体结构为了研究氧空位浓度对体系结构和稳定性的影响，分别对不同氧空位浓度的种模型进行了几何优化计算，各体系折合后的晶格结构参数列于表中可以看出，随着晶体中氧空位浓度的增加，晶格常数和体积均随之减小当晶体中存在氧空位时，会在氧空位的计算方法理论模型采用的理论模型是方纤锌