关键词：
无机材料
带隙
体积模量
价电子
电负性
摘要：
无机材料在工业生产和日常生活中有着重要的应用,因此它们受到了广泛的关注。带隙(Eg)和体积模量(B)分别是反映材料光电和机械性质的重要参数。多年以来,大量的理论工作致力于揭示带隙和体积模量的本质,同时也包括带隙和体积模量的模拟计算；当然也有大量的实验工作主要涉及到材料带隙和体积模量的数值测量。然而,很少有工作涉及到探索材料带隙与体积模量之间的联系。由于材料在加工或包装过程中的接触荷载会严重地影响其制成器件的光电性质,因此我们同样需要很好的理解材料的机械性质。材料的宏观性质主要是由组成原子和化学键性质决定的,它们可通过电负性来有效的反映。基于电负性的观点,研究者们已经成功地开展了很多关于材料性质和材料设计的工作。
本论文通过使用与电负性相关的体积模量和带隙模型,计算了氧化锌基合金包括BexZn1-xO、MgxZn1-xO、CaxZn1-xO和CdxZn1-xO在整个掺杂浓度范围内(x=0～1)的体积模量和带隙值。我们发现随着掺杂浓度的增加,BexZn1-xO和CdxZn1-xO的体积模量和带隙有相同的变化趋势,而对于MgxZn1-xO和CaxZn1-xO则有相反的变化趋势。基于对体积模量和带隙的本质分析,本文提出体积模量与化学键上的价电子密度相关,而带隙则强烈的依赖组成原子详细的化学键行为。
从化学键的观点出发,本文提出总的价电子可以被分为离域部分电子和定域部分电子。离域部分电子表示离域在价盆区域的电子,具有相对较高的能量。因此,具有较高能量的离域部分电子更容易被激发,定域部分电子被激发就相对困难。带隙是一个激发态性质,主要决定于离域部分电子。对于不同类型的ANB8-N二元半导体,本论文建立了带隙与体积模量之间的定量关系。本文将带隙与键体积的比率μ定义为化学键的激发能量密度,用来表示化学键上离域部分电子抵抗压缩变形的能力。μ和B之间线性关系的斜率与该类材料的阳离子的价态和配位数相关。通过考虑阳离子d态效应,获得了定量计算三元黄铜矿半导体带隙的线性关系,与实验带隙值吻合得较好,表明本文的观点揭示了带隙与体积模量之间的内在联系。
