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Mg掺杂ZnO电子结构与压电性能的第一性原理研究

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采用第一性原理计算方法研究了掺杂不同 Mg(r(Mg),摩尔比)的 ZnO 材料的电子结构与压电性能.研究发现,随着r(Mg)的增加,ZnO 晶格常数c 与a 的比值(c/a)减小,材料禁带宽度增大.当r(Mg)=0.3 时,其带隙达到最大值(为 1.493 eV).态密度与差分电荷密度计算结果表明,其带隙增大的原因是导带中 Zn-3 d态向高能端移动.Mg的引入有助于提升ZnO 材料的压电性能,其压电系数从本征的 1.302 72 C/m2 提升至 1.355 88 C/m2,压电系数的提高可能来源于四方因子c/a 数值减小引起的结构畸变.
First Principles Study on Electronic Structure and Piezoelectricity of Mg-Doped ZnO
The electronic structure and piezoelectric properties of ZnO materials with different Mg doping con-tents were studied by first principles method.It is found that with the increase of Mg incorporation ratio,the ratio of ZnO lattice constant c to lattice constant a(c/a)decreases,and the band gap width increases.When the mole ra-tio of Mg doping is 0.3,the band gap reaches the maximum value of 1.493 eV.The calculation results of state den-sity and differential charge density show that the reason for the increase of band gap is that the Zn-3d state in the conduction band moves towards the high-energy end.The introduction of Mg helps to improve the piezoelectric properties of ZnO materials,with the piezoelectric coefficient increasing from intrinsic 1.302 72 C/m2 to 1.355 88 C/m2.The increase of piezoelectric coefficient may be attributed to the structural distortion caused by the decrease in the value of the tetragonal factor c/a.

first principlesMg doped ZnOpiezoelectric coefficientelectronic structurelattice constant

张涛、刘仡锟、顾马龙、杨龙海、席悦

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西安科技大学 材料科学与工程学院,陕西 西安 710054

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第一性原理 Mg掺杂ZnO 压电系数 电子结构 晶格常数

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2024

10.11977/j.issn.1004-2474.2024.02.011

压电与声光
四川压电与声光技术研究所

压电与声光

CSTPCD北大核心
影响因子：0.357
ISSN：1004-2474
年,卷(期)：2024.46(2)
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