突破 Cu:ZnO 薄膜的 p 型导电性：铜 3d 态与自补偿作用的第一性原理研究 开放获取

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Unlocking p-Type Conductivity in Cu:ZnO Thin Films: A First-Principles Investigation on the Role of Cu 3d States and Self-CompensationOpen Access

　　

氧化锌（ZnO）是一种有前景的宽带隙半导体，可应用于光伏、发光二极管（LED）和传感器。然而，其本征n型导电性限制了其在需要p型行为的应用场景中的适用性。铜（Cu）是一种主要的受主掺杂候选元素，但其电子效应的微观起源仍存在争议。我们利用密度泛函理论（DFT）计算，对掺杂浓度为0、2和4 at%的铜掺杂氧化锌薄膜模型进行了研究，并以我们先前发表的数据作为基准进行对比。我们证明，铜取代锌（Cu_Zn）在价带顶附近引入浅受主态，其中铜3d轨道与氧2p态的杂化导致带隙变窄。氧空位施主自补偿在浓度超过2 at%时限制了净空穴浓度。计算结果表明，在2 at% Cu掺杂时，费米能下降了0.844 eV，为p型特性的出现提供了直接证据。这些结果为Cu诱导的ZnO薄膜p型导电性提供了统一的机制图景，并确立了适用于器件载流子控制的掺杂窗口。

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? 2026 本文作者。由皇家化学会代表所有权学会出版

2026

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