Ar alumīniju leģētā cinka oksīda termodinamiskie aprēķini no pirmajiem principiem

Abstract

Ar IIIA grupas elementiem leģētais ZnO, kas var būt vienlaicīgi elektrovadošs un caurspīdīgs, ir daudzsološs materiāls fotoelektronikā. Vislabāku caurspīdību pie viszemākas pretestības var panākt, par leģētāju izvēloties Al. Toties tehnoloģiskā leģēšanas procesā nav iespējams izvairīties no paralēli notiekošas ZnO režģa defektu veidošanās. Pat ļoti mazas šo defektu koncentrācijas būtiski ietekmē ZnO optiskās īpašības. Šajā darbā no pirmajiem principiem tiek pētīti divi atsevišķi ZnO defekti: skābekļa vakance <em>V</em>_O un alumīnija aizvietojums Al_Zn — kā arī viens pāru defekts, Al_Zn ar starpmezglu skābekli O_i. Pielietojot blīvuma funkcionāļa teoriju, tiek apskatītas defektīvo struktūru pilnās enerģijas, kristālrežģa fononu īpašfrekvences un termodinamiskās īpašības. Tiek noteikts, kā šīs īpašības ir atkarīgas no defektu koncentrācijas un ārējiem faktoriem, kā, piemēram, temperatūras.

When doped with group IIIA elements, ZnO may exhibit low resistivity while retaining high optical transparency thus being a prominent material for optoelectronics. The best combination of these two properties is aained when Al is chosen as a dopant. Nevertheless, during technological process of doping, it is impossible to eliminate the possibility of formation of various intrinsic defects. Even very small concentrations of these defects influence optical properties of ZnO significantly. The current study is devoted to the research on two single ZnO defects: oxygen vacancy <em>V</em>_O and substitutional aluminium AlZn, as well as a pair defect of AlZn and interstitial oxygen Oi. Using density functional theory, total energies, phonon eigenfrequencies and thermodynamic properties of defective structures are calculated. Aside from that, dependence of aforementioned properties on the concentration of the defect and external factors, such as temperature, is investigated.