Ga掺杂ZnO氧化物的热学性能的研究

J4 ›› 2015, Vol. 32 ›› Issue (1): 107-112.

Ga掺杂ZnO氧化物的热学性能的研究

马硕章1，张飞鹏2,3*，房慧1，张忻3，路清梅3，张久兴3

1 广西民族师范学院物理与电子工程系，崇左532200； 2 河南城建学院数理学院，平顶山 467036； 3 北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室，北京 100124

收稿日期:2014-03-05 修回日期:2014-09-09 出版日期:2015-01-28 发布日期:2015-02-04
通讯作者: 马硕章（1975-）广西宾阳人，讲师，硕士，主要从事计算物理方面的研究. E-mail:365185860@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目（11347141），北京市自然科学基金项目（2112007）和河南城建学院“青年骨干教师”项目资助

Thermal Properties of Ga Doped ZnO Oxide

Ma Shuozhang1, Zhang Feipeng2,3*, Fang Hui1, Zhang Xin3, Lu Qingmei3, Zhang Jiuxing3

1 Department of Physics and Electronic Engineering, Guangxi Normal University for Nationalities, Chongzuo 532200, P. R. China; 2 Institute of Physics, Henan University of Urban Construction, Pingdingshan 467036, P. R. China; 3 National Key Laboratory of Advanced Functional Materials, Chinese Ministry of Education, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, P. R. China)

Received:2014-03-05 Revised:2014-09-09 Published:2015-01-28 Online:2015-02-04

摘要/Abstract

摘要： 在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上通过第一性原理计算的方法研究了Ga掺杂ZnO氧化物的热学参数和热学性能。计算结果表明，Ga掺杂使ZnO氧化物晶胞增大；在所研究温度范围内，纯的ZnO和Ga掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大，其晶格热容在最高温度900K分别达到16.5 Cal.mol-1K-1和31.3Cal.mol-1K-1。纯的ZnO和Ga掺杂的ZnO的德拜温度均随温度升高不断增大。Ga掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。

关键词: 材料, ZnO, Ga掺杂, 热学性能

Abstract: The thermal consants and the thermal transport properties of the Ga doped wurrite type ZnO have been investigated by ab-initial calculations based on the density functional theory as well as the linear response density perturbation functional theory. The results show that the Ga doped wurrite type ZnO has increased lattice. The lattice heat capacity increases with increasing temperature for both systems, and the heat capacities reach 16.5 Cal.mol-1K-1 and 31.3Cal.mol-1K-1 for the pure ZnO and the Ga doped ZnO at 900K, respectively. The Debye temperature increases with increasing temperature for both systems. There are new vibrational modes that has been introduced by Ga doping.

Key words: materials, ZnO, Ga doping, thermal properties

中图分类号:

TN377
O481

马硕章1，张飞鹏2,3*，房慧1，张忻3，路清梅3，张久兴3. Ga掺杂ZnO氧化物的热学性能的研究[J]. J4, 2015, 32(1): 107-112.

Ma Shuozhang1, Zhang Feipeng2,3*, Fang Hui1, Zhang Xin3, Lu Qingmei3, Zhang Jiuxing3. Thermal Properties of Ga Doped ZnO Oxide[J]. J4, 2015, 32(1): 107-112.

参考文献

[1] Shen Y B, Zhou X, Xu M, Ding Y C, Duan M Y, Linghu R F, Zhu W J, Electronic structure and optical properties of ZnO doped with transition metals[J], Acta Phys. Sin., 56 (2007) 3440
[2] ?zgürü., Alivov Y. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Dogan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morko? H., A comprehensive review of ZnO materials and devices [J], J. Appl. Phys., 98 (2005) 041301
[3] Wang X B, Li D M, Zeng F, Microstructure and properties of Cu-doped ZnO films prepared by dc reactive magnetron sputtering [J], J. Phys. D: Appl. Phys., 38 (2005) 4104
[4] Yang Y C, Song C, Wang X H, Giant piezoelectric d33 coefficient in ferroelectric vanadium doped ZnO films [J], Appl. Phys. Lett., 92 (2008) 012907
[5] Qu X, Wang W, Lv S, Jia D, Thermoelectric properties and electronic structure of Al-doped ZnO [J], Solid State Commun., 151 (2011) 332
[6] Wang V, Ma D, Jia W, Structural and electronic properties of hexagonal ZnO: a hybrid functional study [J], Solid State Commun., 152 (2012) 2045
[7] OHTAKI M, TSUBOTA, T EGUCHI K, High temperature thermoelectric properties of (Zn1-xAlx)O [J], J. Appl. Phys., 79 (1996) 1816
[8] Li J C, Wang C L, Wang M X, Vibrational and thermal properties of small diameter silicon nanowires [J], J. Appl. Phys. 105 (2009) 043503
[9] Zhang F P, Zhang X, Lu Q M, Zhang J X, Liu Y Q, Electronic structure and thermal properties of doped CaMnO3 system[J], J. Alloys Comds, 509 (2011) 4171；
[10] Payne M C, Teter M P, Allan D C, et al, ITERATIVE MINIMIZATION TECHNIQUES FOR ABINITIO TOTAL-ENERGY CALCULATIONS - MOLECULAR-DYNAMICS AND CONJUGATE GRADIENTS [J], Rev. Modern Phys., 1992, 64: 1045.
[11] Rossler U, ENERGY BANDS FOR CSI (GREENS-FUNCTION METHOD) [J], Bull. Am. Phys. Soc., 1969, 14:331.
[12] Madelung O, Introduction to solid state theory [M], (Springer-Verlag Berlin Heidelberg: New York) 1978
[13] Zhang X, Lu Q M, Zhang F P, Enhanced thermoelectric performance of Mg2Si0.4Sn0.6 solid solutions by in nanostructures and minute Bi-doping [J], Appl. Phys. Lett., 2013, 103: 063901

[1]	廖杨芳, 谢泉 . 退火温度对蓝宝石衬底上Mg2Si薄膜质量和光学性质的影响[J]. 量子电子学报, 2023, 40(4): 492-499.
[2]	张若雅 , 朱巧芬 , 张岩 . 可调谐太赫兹超材料吸波器研究进展[J]. 量子电子学报, 2023, 40(3): 301-318.
[3]	徐建伟 , 欧阳收剑 , 段守鑫 , 邹林儿 , 邓晓华 , 沈云 , . 太赫兹平面环偶极子超材料传感器及地沟油检测[J]. 量子电子学报, 2023, 40(3): 333-339.
[4]	潘晓凯 , 姜梦杰, , 王东, , 吕旭阳, , 蓝诗琪 , , 卫英东 , , 何源, , 郭书广, , 陈平平 , 王林∗ , 陈效双 , 陆卫. 红外-太赫兹光电探测器应用及前沿变革趋势[J]. 量子电子学报, 2023, 40(2): 217-237.
[5]	童叶 , 郑宇航 , 刘文鹏, , 丁守军 , ∗. Dy 3+ 和 Eu 3+ 共掺 NaY(MoO4)2 荧光粉合成与发光性能研究[J]. 量子电子学报, 2023, 40(1): 32-39.
[6]	陈伟栋# , 卓琳青# , 朱文国 , 郑华丹 , 钟永春 , 唐洁媛, , 肖毅 , 谢梦圆 , 张军 , 余健辉∗ , 陈哲, ∗. 光纤集成光电探测器研究进展[J]. 量子电子学报, 2022, 39(6): 942-954.
[7]	孟维利∗, 王晴晴, 邵静, 程宏伟, 宫昊. 石墨烯基杂化聚合物太阳能电池中光活性层组成对器件性能的影响[J]. 量子电子学报, 2022, 39(4): 613-619.
[8]	廖杨芳, 谢泉∗. 退火温度和退火时间对不同衬底上 Mg2Si 薄膜结构的影响[J]. 量子电子学报, 2022, 39(4): 644-650.
[9]	徐民, 龚巧瑞, 李善明, 杭寅∗. 钛宝石激光晶体研究进展[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 148-159.
[10]	程毛杰, 张会丽, 董昆鹏, 权聪, 胡伦珍, 韩志远, 孙敦陆, ∗. 直径3英寸钆镓石榴石晶体生长及性能研究[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 160-166.
[11]	窦仁勤, 罗建乔, 刘文鹏, 高进云, 王小飞, 何異, 陈迎迎, 张庆礼. 采用XRF方法准确测定Yb:YAG晶体组分[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 167-171.
[12]	韩卫民, 倪友保∗, 吴海信, 王振友, 黄昌保. 新型长波红外材料PbGa6Te10 的生长[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 172-179.
[13]	王超, 赛青林∗, 齐红基∗. Ta5+、Nb5+ 掺杂-Ga2O3 单晶光电性质研究进展[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 219-227.
[14]	杨帆, 任国浩. 超快闪烁晶体研究进展[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 243-258.
[15]	王强, 丁雨憧∗, 屈菁菁, 王璐, 董鸿林, 方承丽, 毛世平. 不同厚度Ce:GAGG闪烁晶体性能研究[J]. 量子电子学报, 2021, 38(2): 259-264.