近表面区域中p型杂质和缺陷对氧化锌电学性质的影响

实验发现低温下氧化锌近表面区域的杂质和缺陷对其电学性质有重要影响，深入认识和理解该现象的物理本质,寻找可行的p型氧化锌薄膜制备方案是目前氧化锌材料研究中一个极为重要的课题。本项目研究以材料计算和设计为主，并辅以实验验证。在前期氧化锌块体掺杂改性研究基础上，以氧化锌表面体系为切入点，针对氧化锌近表面区域中典型p型杂质和缺陷对电学性质的影响这一核心问题，继续深入开展基础研究。采用第一性原理计算氧化锌表面区域中杂质和缺陷的形成能、离化能；计算分析各表面体系的电子结构（包括态密度、能带结构和电荷密度）；探讨杂质和缺陷浓度对表面体系电导率的影响。本项目将从原子化结构的角度建立表面区域中杂质和缺陷占位稳定性与表面势场的关系、离化能与表面势场的关系，从电子结构的层次上揭示表面区域中杂质和缺陷对氧化锌电学性质影响的物理机理，从而为实验上实现稳定的高p 型导电率氧化锌薄膜的可控掺杂打下坚实的基础。

ZnO 是一种新型的更适合于室温或更高温度下的短波长发光材料。ZnO实用化的关键是获得高质量p型外延薄膜，而表面特性对材料的电学性能具有很大影响。本项目采用第一性原理对比研究了氧化锌体相中杂质和缺陷的形成、分布及其对体系电学性质的影响；在此基础上，建立了极性和非极性表面结构，着重计算了氧化锌表面区域中杂质和缺陷的形成能、离化能；计算分析了各表面体系的电子结构（包括态密度、能带结构和电荷密度）；探讨杂质和缺陷浓度对表面体系电导率的影响。研究发现，对于ZnO体相掺杂，通过选择合适的掺杂复合体并控制掺杂比例可以获得稳定的高p型导电性ZnO。无论极性面和非极性面ZnO，p型杂质（如Ag和Na）和缺陷均倾向于表面分布；而且，材料的表面效应弱化p型导电。研究表明，通过非平衡法控制掺杂浓度可获得稳定的高p型导电性ZnO薄膜材料。这些结果对于p型ZnO薄膜制备具有重要理论价值和指导意义。除此之外，还对Al在GaN表面的形成吸附等物理行为进行了研究，并且取得了一些有意义的成果。目前，已发表SCI&EI论文17篇，中国授权专利4件，获江西省高等学校科技成果奖二等奖1项。