دراسة نظرية لخواص التركيب الإلكتروني لطبقة نانوية من ‏اوكسيد الزنك المشوبة

رسالة ماجستير

اسم الباحث : حنين علي راشد النصراوي

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الفيزياء

سنة نشر البحث : 2019

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

تصف الرسالة الخواص الهيكلية والإلكترونية لطبقة ZnO النانوية المشوبة بـ B و C و N و Al و Si و P وتم التحقيق فيها عن طريق إجراء حسابات نظرية داله الكثافة. الهدف من هذه الدراسة هو التعرف على تأثيرات الاستبدال من واحد إلى ست ذرات من الأكسجين مع شوائب مختلفة في وحده خلية ZnO المكونة من 84 ذرة مستضيفة مع الأخذ بعين الاعتبار مواقع الشوائب وتأثيراتها على الخصائص الهيكلية والإلكترونية لطبقة ZnO النانوية باستخدام برنامج .SIESTA  يمكن السيطرة على الخصائص الإلكترونية بالتأكيد الخطوة الأكثر أهمية في تطوير الأجهزة الإلكترونية عن طريق تناول التشويب. تم تحسين جميع الأنظمة قيد النظر بالكامل. طول الاصرة، وزاوية الرابط، والطاقة الربط لكل ذره ،الكثافة الكلية والجزيئية، الطاقة الكلية,  الحالات الإلكترونية، فجوة الطاقة، بعض المتغيرات الإلكترونية (جهد التأين العمودي (VIP) ، الآلفة الإلكترونية العمودية(VAE) , الكهروسلبية ( EN)  والصلابة (H) قد تم حسابها ومقارنتها مع بعضها البعض. وتبين النتائج أن استبدال ذرات B و P يوسع طول الاصرة فيما يتعلق بالزنك النقي. لذلك، يوضح التحليل لدالة الكثافة أن الاستقرار العالي لطبقة ZnO النانوية يمكن تحقيقه لكل من الشوائب تبعاً لحالة النمو المصممة ونوع الشائبة. إن مركبات ذرات B و Al التي تحل محل ذرات O أكثر استقرارًا من الذرات الأخرى.  يختلف كل من HOMO و LUMO اختلافًا طفيفًا، وهذا يشير إلى أنه وفقًا للعدد، نوع والموقع الشائبة في التركيب دورًا مهمًا في الخصائص الإلكترونية وتحسين قدرة القبول بالإلكترونات. وقد وجد أن فجوة الطاقة في طبقة النانوية ZnO تتناقص تدريجياً مع B,C , N, Al, Si و P في الحالات B2 ,C2 ,N3 ,P3 , Al4 و Si4 تحتل مواقع O كمركبات لها الفجوات في الطاقة للمواد موصل. بالإضافة إلى الاختلاط القوي للمدارات بينp ,C ,N  و  Znهذه النتائج من المحتمل أن تكون مفيدة للتطبيقات. أوضحت النتائج أن جهد التأين العمودي الآلفة الإلكترونية العمودية لـ B و Al  المشوب لها مستوى مانح عند eV 3.3. من ناحية أخرى ،ان ل N و P لديها مستوى متقبل في eV 4.0 . في حين زادت الكهروسلبية لـ N و P الشوبة وقلت الصلابة لـ B ،  C و Al المشوب الذي يظهر أكثر حيوية مواتية.

Theoretical investigation of electronic structure ‎properties of doped zinc oxide nanosheet

The thesis describes the structural and electronic properties of the ZnO nanosheet doped with B, C, N, Al, Si and P has been investigated by performing density functional theory calculations. The aim of this study is to identify the effects of substituting from one to six atoms of oxygen with different impurities in super cell of the ZnO nanosheet composed of 84 host atoms by taking into account the impurities sites and its effects on the structural and electronic properties of ZnONSs using SIESTA program. The electronic properties can be controlled certainly a most significant step in the development of electronic devices by doping. All systems under consideration have been fully optimized.  bond length, and bond angle, binding energy/dopant atom, total and projected density of state, the total energy, electronic states, energy gap, some electronic variables (vertical ionization potential (VIP), vertical electron affinity (VAE), electronegativity (EN) and hardness (H)) have been calculated and compared with each other. The results show that B and P atom substitution expands the bond length with respect to pristine ZnONSs. Therefore, this density functional investigation shows that the high stability of ZnO nanosheet can be achieved for both dopants depending on the designed growth condition and type dopant. The configuration of B and Al atoms replacing O atoms is more stable than other doped. The HOMO and LUMO are slightly different and this suggests that according to the number, type and position dopant in structure play significant roles on electronic properties and improving the electron accepting ability. It has been found that the energy gap of ZnO nanosheets decreases gradually along with (B, C, N, Al, Si and P) ions.  B2 and C2, N3 and P3, Al4 and Si4 occupying O sites as compound have energy gaps for conductor materials. These results are potentially useful for spintronic applications.  The results showed that, vertical ionization potential and vertical electron affinity for B and Al doping and has donor level at 3.3eV. On the other hand, for the N and P doped ZnO nanosheet has acceptor level at 4.0eV. The electronegativity increased for N and P doped and hardness decreased for B, C and Al doped that is shown more energetic favorable.