การคํานวณและการศึกษาโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของ ZnO ที่ถูกเจือด้วยอะตอมของไนโตรเจน

บทคัดย่อ

การดัดแปลงโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของสารประกอบเป็นวิธีหนึ่งที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงของสารเหล่านั้นได้ในงานนี้ได้ทําการศึกษาเชิงทฤษฎีของการดัดแปลงโครงสร้างของ ZnO ในการศึกษานี้ได้ทําการคํานวณและศึกษาสมบัติทางโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์เช่น ความหนาแน่นสถานะ และโครงสร้างแถบพลังงาน ของ ZnO และ ZnO ที่เจือด้วยธาตุไนโตรเจน การคํานวณได้ใช้ทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่นในโปรแกรม Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) ระเบียบวิธีการประมาณแบบ GGA+U ได้ถูกนํามาใช้เพื่ออธิบายพลังงานศักย์สัมพันธ์แลกเปลี่ยนของการจําลอง จากการศึกษาพบว่าโครงสร้างแถบพลังงานของ ZnO ที่เจือด้วยธาตุไนโตรเจนแสดงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีกล่าวคือมีการปรากฏสถานะที่อยู่ใกล้กับแถบวาเลนซ์และความกว้างของช่องว่างแถบพลังงานมีการลดลงจาก 2.24 eV เป็น 1.92 eV ซึ่งมีความเป็นไปได้ว่า ZnO สามารถทําหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงได้ในช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็นได้ดังนั้นการเจือไนโตรเจนเข้าไปใน ZnO จะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทํางานในเชิงการเป็นตัวเร่งปฏิกริยาเชิงแสงได้อีกทั้งการเจือไนโตรเจนเข้าไปในโครงสร้างของ ZnO มีผลทําให้แถบเฟอร์มีขยับลงมาใกล้กับแถบวาเลนซ์มากขึ้นซึ่งมีความเป็นไปได้ว่า ZnO ที่ถูกเจือด้วยไนโตรเจนแสดงสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนําชนิด p-type จากการศึกษาของงานนี้จะพบว่าการเจือไนโตรเจนลงในโครงสร้างของ ZnO ส่งผลให้ ZnO มีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิมทําให้ ZnO สามารถนําไปประยุกต์ใช้ได้กว้างขวางขึ้น