Bi掺杂ZnO纳米线的表面修饰：缺陷能量的密度泛函超胞计算

摘要： 采用基于密度泛函与杂化泛函的超胞方法计算了多种厚度Bi原子表面掺杂ZnO纳米线的电学特性。通过研究带电与中性超胞总能量差随超胞尺寸的变化规律，作者建立了外推方法以获取稀缺陷极限下的可靠缺陷能数据。计算表明：虽然Bi替代Zn或O位点在适当热力学条件下可自发发生，但占据Zn位点更为常见。通过参数化分析了缺陷（电荷态）转变能与纳米线厚度的函数关系，发现Bi替代ZnO纳米线表面O位点（Zn位点）会形成深能级受主（浅能级施主）态（极薄纳米线除外）。由此得出结论：Bi在ZnO纳米线表面的掺杂将导致n型导电特性。