Electronic Structure of SnO2 when Doped with Sb and V

Abstract

There was carried out theoretical and experimental investigation of the influence of Sb and V dopes on the electrophysical properties of the SnO2-based ceramic materials. Modeling was done with the help of the program package VASP within the density functional formalism. The SnO2-based ceramics was synthesized according to the standard technology at the sintering temperature 1300 ºС with different Sb dope concentrations (1 to 5 %). The material made with V dopes had a low electrical conductivity. The structure investigation showed Sb being completely dissolved in the SnO2. The calculations showed that the activation energies are Egap(SbSn47O96)= 1.19 eV and Egap(VSn47O96)= 1.33 eV. The experimental investigation showed that the increase of the stibium oxide concentration leads to the decrease of the band-gap energy from 1.33 eV to 0.75 eV. The difference between the calculated activation energy value of the Sb-doped SnO2 and that obtained from the experiments is 19 %

Проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния легирующих добавок V и Sb на электрофизические свойства керамического материала на основе диоксида олова. Моделирование осуществлялось с использованием программного пакета VASP в рамках формализма функционала плотности. Керамика на основе диоксида олова синтезировалась по классической технологии при температуре спекания 1300 ºС, с различной концентрацией легирующих добавок сурьмы(от 1 до 5 % ). Материал, полученный при использование ванадия, обладал низкой электропроводностью. Исследование структуры показало полное растворение сурьмы в диоксиде олова. Проведенные расчеты показали, что энергия активации составляет Egap(SbSn47O96)= 1,19 эВ и Egap(VSn47O96)= 1,33 эВ. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что увеличение концентрации оксида сурьмы приводит к снижению ширины запрещённой зоны с 1,33 до 0,75 eV. Различие между рассчитанным значением энергии активации диоксида олова, легированного сурьмой, и экспериментальными исследованиями составляет 19 %