Abstract:
В данной работе проведены расчеты уровней зарядового перехода примесного
атома водорода в объеме оксида цинка методами теории функционала плотности. Для
чистого оксида цинка полученная ширина запрещенной зоны хорошо согласуется в сравнении
с экспериментальными данными (3.52 эВ против 3.44 эВ [1]). В результате расчетов показано,
что адсорбция водорода энергетически выгодна во всех позициях в решетке, в случае если
дефект заряжен положительно. Из анализа релаксации следует, что позиции водорода на связи
между атомами цинка и кислорода (Zn-O связь) являются менее выгодными, так как они ведут
к сильным релаксациям. Внедрение водорода ведет к появлению дефектных уровней в зонной
структуре кристалла вблизи дна зоны проводимости и характеризует его как «мелкого донора»
– донорной примеси с низким потенциалом ионизации. Для подтверждения мелкодонорного
характера атома водорода, проведены вычисления оптических уровней перехода зарядового
состояния с учетом коррекции «смещения» и дефект-дефектного взаимодействия. В результате показано, что примесные центры являются положительно заряженными почти при всех значениях энергии Ферми во всей запрещенной зоне, что указывает на малую энергию связи электронного заряда на примесном атоме и появление электрического тока уже при малых температурах.
