β-FeSi-,2-能帶結(jié)構(gòu)及光電子特性計算.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢平面波方法，對具有重大應(yīng)用前景的半導(dǎo)體光電子材料β-FeSi<,2>塊體、在硅基外延生長的β-FeSi<,2>以及摻雜Fe<,1-x>M<,x>Si<,2>(x=0.125)(M=Mn，Cr，Co，Ni)的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)及其光電子特性進(jìn)行了詳細(xì)的計算研究。 詳細(xì)計算了塊體β-FeSi<,2>的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明β-FeSi<,2>為準(zhǔn)直接帶隙半導(dǎo)體，其能帶結(jié)構(gòu)點(diǎn)Y處

2、的直接能隙為0.82eV，點(diǎn)Y→ΓZ間的間接能隙為0.74eV；其能態(tài)密度主要由Fe的3d層電子和Si的3p層電子的能態(tài)密度決定；復(fù)介電函數(shù)的計算表明β-FeSi<,2>具有各項異性的性質(zhì)，吸收系數(shù)在光子能量為6.26eV處達(dá)到最大峰值2.67×10<'5>cm<'-1>，折射率n<,0>=4.2。 詳細(xì)計算了Si基外延β-FeSi<,2>的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明Si基外延β-FeSi<,2>的帶隙性質(zhì)會隨著晶格

3、常數(shù)的變化而變化，并首次找到了β-FeSi<,2>由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋兜木Ц癯?shù)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)；不同si基外延匹配情況下的β-FeSi<,2>的光學(xué)性質(zhì)因帶隙性質(zhì)的不同而變化，外延匹配關(guān)系為β-FeSi<,2>(100)//Si(001)時，表現(xiàn)為直接躍遷的β-FeSi<,2>的吸收峰最大值比塊體及其他三種外延情況下的β-FeSi<,2>的增大很多；它的反射范圍較大，電子能量損失函數(shù)最大峰值出現(xiàn)在能量較高的位置，最大峰值達(dá)到200，遠(yuǎn)大于

4、其他情況的電子能量損失函數(shù)。β詳細(xì)計算了摻雜Fe<,1-x>M<,x>Si<,2>(x=0.125)(M=Mn，Cr,Co，Ni)的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明雜質(zhì)原子對Fe原子的取代造成晶格畸變，晶胞體積增大；摻入不同雜質(zhì)時摻雜原子的置換位置具有擇位性，Mn摻雜時Mn原子的置換位置為FeI位的Fe原子，Cr、Co、Ni摻雜時雜質(zhì)原子的置換位置為FeII位的Fe原子；Mn、Cr摻雜后，費(fèi)米面向價帶偏移，β-FeSi<,2>導(dǎo)電

5、類型變?yōu)閜型，Co、Ni摻雜后，費(fèi)米面向?qū)?，?FeSi<,2>導(dǎo)電類型變?yōu)閚型；首次計算了雜質(zhì)的存在對β-FeSi<,2>的光學(xué)性質(zhì)造成的影響：摻雜后的β-FeSi<,2>的復(fù)介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、反射率、光電導(dǎo)率光譜都向低能方向發(fā)生了偏移；Mn、Cr摻雜使得能量損失函數(shù)的最大峰值向低能方向偏移，最大吸收峰的值減?。籆o、Ni摻雜使得能量損失函數(shù)的最大峰值向高能方向偏移，最大吸收峰的值增大；Mn、Co、Ni的摻入增大了β-