Вплив легування атомами Al на оптичні властивості тонких плівок ZnO: теорія та експеримент

Abstract

Проведено дослідження впливу легування атомами алюмінію на структурні, електронні і оптичні властивості тонких плівок оксиду цинку, використовуючи експериментальні методи та розрахунки в межах теорії функціонала густини. Зміни властивостей легованих тонких плівок, які були нанесенні на скляну підкладку методом високочастотного магнетронного розпилення, контролюювалися за допомогою даних X-променевої дифракції та спектрів пропускання. Результати теоретичних розрахунків показують, що електронна структура ZnO:Al добре узгоджується з експериментальними даними при використанні методу DFT + U. На основі спектрів пропускання визначено оптичні константи для легованих плівок, такі як діелектрична проникність, показник заломлення, ширина оптичної забороненої зони, коефіцієнт екстинкції та оптична провідність. Результати розрахунків показали, що при внесенні домішкового атома Al в суперкомірку ZnO, спостерігається зміна параметрів цієї ґратки. Ширина оптичної забороненої зони ZnO: Al зростає порівняно з нелегованим ZnO. Крім того, навколо рівня Фермі, в ZnO:Al, виникають неглибокі донорні рівні, які переважно походять від 3s-орбіталей Al. Результати наших DFT розрахунів оптичних властивостей ZnO, легованого Al, задовільно узгоджуються з експериментально виміряними значеннями коефіцієнта пропускання.