Ga-Cd-O的电子结构和光学性质的第一性原理计算

摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了 Cd掺杂对β-Ga₂O₃物理性能的影响。通过建立β-Ga₂O₃模型,用Cd原子替代部分的 Ga原子后构建了不同Cd掺杂量模型(Cdx Ga_1-x)₂O₃（x=12.5%、25%、50%）,然后对不同的掺杂模型进行了几何结构优化,获得了稳定的晶格结构和晶格参数,并对它们的能带结构、态密度以及光学性质等进行了分析。计算结果表明,Cd掺杂会导致β-Ga₂O₃晶胞体积增大,稳定性减小。随着 Cd掺杂浓度的增加,(Cd_xGa_1-x)₂O₃体系的带隙表现出先减小后增大的趋势;并且随着Cd掺杂量的不同（12.5%、25%、50%）,掺杂体系(Cdx Ga_1-x)₂O₃的材料性质发生了变化,由β-Ga₂O₃的间接带隙材料先变为直接带隙材料（Cd浓度为12.5%、25%）,然后又变回到间接带隙材料（Cd浓度为50%）。此外,掺入Cd后降低了体系在一定能量范围内（6～25e V）的吸收系数和反射率,从而提高了透光率。以上研究表明,选择合适的掺杂浓度可以实现光电性质丰富可调的(Cd_xGa_1-x)₂O₃合金材料。

关键词

第一性原理 / 能带结构 / 光电性质 / (Cd_xGa_1-x)₂O₃合金 / β-Ga₂O₃