Полупроводники

Ab initio расчеты электронных свойств и перенос заряда в Zn$_{1-x}$Cu$_x$O со структурой вюртцита

М. М. Асадов^ab, С. Н. Мустафаева^c, С. С. Гусейнова^c, В. Ф. Лукичев<sup>d

a</sup> Институт катализа и неорганической химии НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан
^b Научно-исследовательский институт геотехнологических проблем нефти, газа и химия, Баку, Азербайджан
^c Институт физики НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан
^d Физико-технологический институт им. К.А. Валиева РАН, Москва, Россия

Аннотация: Представлены результаты исследования электронной структуры, влияния локального окружения примеси Cu на свойства и формированный магнитный момент в суперъячейках Zn$_{1-x}$Cu$_x$O со структурой вюртцита. В приближении локальной электронной плотности (LDA) и обобщенной градиентной аппроксимации (GGA) с поправкой на спиновую поляризацию и сильные электронные взаимодействия ($U$ – кулоновское взаимодействие) в 3$d$-оболочке катионов Zn и Cu (методы DFT LSDA + $U$ и SGGA + $U$) проведены расчеты зонного спектра: зонная структура, плотность состояний электронные и магнитные свойства. Установлено, что легированные медью кристаллы на основе ZnO являются прямозонными полупроводниками. Представлены результаты ab initio моделирования энергии образования дефектов в легированном медью оксиде цинка, содержащего ряд устойчивых собственных и примесных дефектов в различных зарядовых состояниях.
В широком интервале частот проанализированы частотные зависимости электрических и диэлектрических характеристик образцов Zn$_{1-x}$Cu$_x$O (где $x$ = 0, 0.01 и 0.02). Показано, что в области частот 1.8 $\cdot$ 10$^4$–4.3 $\cdot$ 10$^5$ Hz ac-проводимость Zn$_{1-x}$Cu$_x$O подчинялась закономерности, характерной для прыжковой модели переноса заряда по локализованным вблизи уровня Ферми состояниям. Определены основные параметры локализованных состояний в Zn$_{1-x}$Cu$_x$O.

Ключевые слова: ZnO, легирование медью, теория функционала плотности, зонные расчеты, электронная структура, локализованный магнитный момент, энергии образования дефектов, перенос заряда, параметры локализованных состояний.

Поступила в редакцию: 07.01.2021
Исправленный вариант: 07.01.2021
Принята в печать: 08.01.2021

DOI: 10.21883/FTT.2022.05.52332.270

Реферативные базы данных:

•