采用第一性原理計算了MgO的電子結構和激子光譜。通過解貝塞爾方程，得到MgO的吸收光譜，同時計算了MgO的激子束縛能。由計算結果知MgO中存在強烈的激子效應，激子束縛能約83meV。在室溫條件下，由于MgO的激子束縛能大于熱能，因此激子效應可能對等離子平板顯示單元的放電性能產生重要影響。本文還研究了不同布里淵k點密度下的MgO激子光譜，研究結果可幫助理解MgO晶體中激子的物理性質。另外暗激子則被認為是MgO暴露在真空紫外等離子輻射后另一可能的外電子發射源。

　　氧化鎂(MgO)薄膜作為等離子體顯示器件(PDP)中的介質保護層，它的結構、特性參數直接影響到PDP的顯示效果以及器件性能和質量。因此，對MgO薄膜的研究也愈加重視，其中為了降低PDP的功耗，就需要降低它的驅動電壓。眾所周知提高MgO保護層的二次電子發射系數C可以降低著火電壓和維持電壓，是提高放電效率的一個有效途徑。然而最近幾年研究人員發現MgO保護膜的外電子發射(Exo-electronEmission，簡稱EEE)能力也非常重要，其重要性不亞于二次電子發射。外電子發射最初是由Tanaka發現，而Kramer進一步研究表明經過機械處理(例如:摩擦、扭曲、拉伸等)之后的金屬氧化物以及光照或加熱后的非金屬均有慢電子發射，輻射出去的電子稱之為/外電子0。PDP放電單元中的外電子發射，主要是由于俄歇效應、熱能激發以及表面電場作用而導致的電子發射，Tolner在研究中對PDP中這三種外電子發射給出了詳細的描述。

　　目前普遍認為MgO保護層材料的外電子發射是由注入到MgO或是MgO本身的電子和空穴的緩慢復合產生的。保護層MgO的外電子發射是PDP尋址期的引發粒子(priming電子)的重要來源，尋址時priming電子越多，尋址放電的jitter就越小(ts越短)，PDP的尋址時間就會越小。材料由于俄歇效應自發輻射的外電子能夠成為PDP放電單元中的priming電子。不僅如此，熱致發射和場致發射所激發出的外電子也能夠成為PDP放電單元中priming電子。為了提高PDP的尋址速度，人們開始研究如何改善MgO材料性能，以提高MgO表面的外電子發射來提供足夠的priming電子。Matsushita等的研究證明了MgO的外電子發射在PDP中起著關鍵作用。外電子所在的能級，一般指位于導帶下方1eV以內的淺位能級，從能帶結構方面來研究如何改善MgO材料性能顯得非常重要。本文研究了考慮電子-空穴作用的MgO吸收光譜，分析了激子對外電子發射的影響，并解釋了激子對PDP尋址速度的提高的重要性。

　　1、材料結構模型和計算方法

　　MgO是立方體的氯化鈉(NaCl)結構的離子晶體，如圖1所示。圖1是MgO晶體結構，圖中大球是O離子，小球是Mg離子。可以看到MgO晶胞包含有四個鎂和四個氧原子，每個鎂原子周圍有六個最近的氧原子，其對稱性滿足C4V。其晶格常數為a=b=c=0.4217nm，A=B=C=90b。本文采用了平面波贗勢結合局域梯度近似(LDA)的密度泛函理論方法算了理想MgO晶體的電子結構，在此基礎上計算相應的激子光譜和激子束縛能，分別由軟件包Abinit和Yambo代碼計算。

圖1 MgO晶體結構模型

　　基于第一性原理的多體微擾理論，計算了MgO的吸收光譜并研究了MgO中的激子。計算過程可分為三步:¹用LDA計算MgO電子結構基態;º然后采用GW近似算法(Green函數G與含屏蔽的相互作用W對體系自能做展開，簡稱GW)對材料本征態進行糾正;»通過解貝塞爾(Bethe-Salpeter，簡稱BS)方程來計算MgO的吸收光譜。計算模型為MgO原胞，LDA計算中Mg，O原子采用Norm-conservingTroullier-Martins型贗勢，波函數截斷能設為8.613eV，能帶總數為100，有效屏蔽常數(effective screening constants)E0采用6.0，采用6×6×6以#為中心的k網格點取值;GW計算糾正以及交換部分的波函數截斷能取5.0eV，這時準粒子能(Quas-iparticle，簡稱QP)可收斂到011eV;相應的響應區大小設為(responseblocksize)102eV;解BS方程的時候，考慮電子-空穴對作用的能帶總共九條，包含費米能級往下數四條價帶，費米能級往上數五條導帶。當Monkhors-tPackk點網格密度采用13×13×13時，激子束縛能收斂到0106eV。

　　3、結論

　　本文用第一性原理計算了MgO的電子結構以及光學性質。采用GW算法適當的糾正了MgO的帶寬。考慮電子-空穴對作用后MgO的吸收光譜形狀發生改變，并與實驗值符合得更好。結果顯示激子效應很重要，計算結果顯示MgO激子束縛能約83meV，與實驗值符合得很好。暗激子則被認為是MgO暴露在真空紫外等離子輻射后另一可能的外逸電子發射源。激子能級就在導帶下方，能級上的電子很容易被熱激發躍遷到導帶，或躍遷到放電空間變成priming電子。這對MgO外電子發射有很重大的意義，還需要進一步深入研究。