采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质。计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体, 禁带宽度为0.2994 eV, 其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成, 导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成, 静态介电常数为18.89, 折射率为4.3460。掺Ag后Mg2Si为p型半导体, 价带主要由Si的3p, Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成, 静态介电常数为11.01, 折射率为3.3175。掺Al后Mg2Si为n型半导体, 导带主要由Mg的3s、3p, Si的3p及Al的3p态电子构成, Al的3s态电子贡献相对较小, 静态介电常数为87.03, 折射率为9.3289。通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构, 计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据。

关键词

Abstract

The energy band structures, density of states and optical properties of Mg2Si and Ag , Al-doped Mg2Si have been calculated systemically by first-principles pseudopotential method based on density functional theory (DFT). The calculated results show that Mg2Si is an indirect semiconductor with the band gap of 0.2994 eV, the valence bands of Mg2Si are composed of Si 3p, Mg 3s, 3p, the conduction bands are mainly composed of Mg 3s, 3p as well as Si 3p, the static dielectric function is 18.89, and the refractive index is 4.3460. Ag-doped Mg2Si sample is p-type, the valence bands are composed of Si 3p, Mg 3s, 3p and Ag 3p, 4d and 5s, static dielectric function is 11.01, and the refractive index is 3.3175 after doping Ag. Al-doped Mg2Si sample is n-type, the conduction bands are composed of Mg 3s, 3p, Si 3p, and Al 3p, the static dielectric function is 87.03, and the refractive index is 9.3289 after doping Al. The electronic structure of Mg2Si can be modulated effectively by doping. The results offer theoretical data for the design and application of optoelectronic materials of Mg2Si.

补充资料

中图分类号：O474;O481.1;O472+.3

所属栏目：材料

基金项目：国家自然科学基金(60566001, 60766002)、贵州省优秀科技教育人才省长专项基金、省委组织部高层人才科研特助项目、贵阳市科学技术局大学生创业科技项目(6-5)和贵州大学研究生创新基金(省研理工2007003)资助课题。

收稿日期：2008-03-11

修改稿日期：2008-07-01

网络出版日期：0001-01-01

作者单位    点击查看

陈茜：贵州大学理学院, 贵州 贵阳 550025贵州大学新型光电子材料与技术研究所, 贵州 贵阳 550025
谢泉：贵州大学理学院, 贵州 贵阳 550025贵州大学新型光电子材料与技术研究所, 贵州 贵阳 550025
杨创华：贵州大学理学院, 贵州 贵阳 550025贵州大学新型光电子材料与技术研究所, 贵州 贵阳 550025
赵凤娟：贵州大学理学院, 贵州 贵阳 550025贵州大学新型光电子材料与技术研究所, 贵州 贵阳 550025

联系人作者：陈茜(chenzhangqianer@163.com)

备注：陈茜(1981-), 女, 讲师, 博士研究生, 主要从事电子功能材料方面的研究。

【1】Jiang Hongyi, Zhang Lianmeng. Progress in research on Mg-Si based thermoelectric compoinds[J]. Materials Review, 2002, 16(3): 20～22
姜洪义, 张联盟. Mg-Si基热电化合物的研究现状[J]. 材料导报, 2002, 16(3): 20～22

【2】Peng Xingping, YangYinghu, Song Changan et al.. Preparation and study of properties of indium-doped ZnO films on Si substrates[J]. Acta Optica Sinica, 2004, 24(11): 1459～1462
朋兴平,杨映虎,宋长安 等. In掺杂ZnO薄膜的制备及其特性研究[J]. 光学学报, 2004, 24(11): 1459～1462

【3】Tong Xinglin, Zheng Qiguang, Hu Shaoliu et al.. Pulsed laser two-beam deposition of Mg-doped GaN thin films[J]. Chin. J. Lasers, 2004, 31(3): 332～336
童杏林, 郑启光, 胡少六 等. 脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究[J]. 中国激光, 2004, 31(3): 332～336

【4】Fu Guangsheng, Sun Wei, Lü Xueqin et al.. Photoluminescence of ZnO films naturally doped and codoped with N and Al[J]. Chin. J. Lasers, 2006, 33(4): 549～551
傅广生, 孙伟, 吕雪芹 等. 自然掺杂及N-Al共掺杂ZnO薄膜的发光特性[J]. 中国激光, 2006, 33(4): 549～551

【5】Xiong Zhihua, Rao Jianping, Jiang Fengyi. Density functional calculations of electronic structure and optical properties on Mg and Ni-doped CdS[J]. Acta Optica Sinica, 2007, 21(12): 2225～2228
熊志华, 饶建平, 江风益. CdS掺Mg和Ni电子结构和光学性质的密度泛函理论研究[J]. 光学学报, 2007, 21(12): 2225～2228

【6】Yoji Imai, Akio Watanabe, Masakazt Mukaida. Electronic structures of semiconducting alkaline-earth metal silicides[J]. J. Alloys and Compounds, 2003, 358(1～2): 257～263

【7】Jun-ichi Tani, Hiroyasu Kido. Thermoelectric properties of Bi-doped Mg2Si semiconductors[J]. Phys. B, 2005, 364: 218～224

【8】Jun-ichi Tani, Hiroyasu Kido. First-principles and experimental studies of impurity doping into Mg2Si[J]. Intermetallics, 2008, 16(3): 418～423

光学期刊 光学期刊联盟 光学论文 光电资讯 光电社区 光学人

版权声明：本站内容均来源于互联网 如有侵权联系删除