Sc、Ce掺杂CrSi2的电子结构与光学性质的第一性原理

摘要：

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Sc、Ce单掺和共掺后CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数和光电导率进行了计算.结果表明:Sc、Ce掺杂CrSi2的晶格常数增大,带隙变小.本征CrSi2的带隙为0.386 eV,Sc、Ce单掺及共掺CrSi2的禁带宽度分别减小至0.245 eV、0.232 eV、0.198 eV,费米能级均向低能区移动进入价带.由于Sc的3d态电子和Ce的4f态电子的影响,Sc、Ce掺杂的CrSi2在导带下方出现了杂质能级.掺杂后的CrSi2介电函数虚部第一介电峰峰值增加且向低能方向移动,说明Sc、Ce掺杂使得CrSi2在低能区的光跃迁强度增强,Sc-Ce共掺时更明显.Sc、Ce掺杂的CrSi2吸收边在低能方向发生红移,在能量大于21.6 eV特别是在位于31.3 eV的较高能量附近,本征CrSi2几乎不吸收光子,Sc单掺和Sc-Ce共掺CrSi2吸收光子的能力有所增强,并在E=31.3 eV附近形成了第二吸收峰.说明掺杂Sc、Ce改善了CrSi2对红外和较高能区光子的吸收.在小于3.91 eV的低能区掺杂后的CrSi2光电导率增加.在20.01 eV<E<34.21 eV时,本征CrSi2光电导率为零,但Sc、Ce掺杂后的体系不为零,掺杂拓宽了CrSi2的光响应范围.研究结果为CrSi2基光电器件的应用与设计提供了理论依据.

关键词：第一性原理;CrSi2;掺杂;电子结构;光学性质

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分类号：O47(半导体物理学)

资助基金：贵州省留学回国人员科技活动择优资助项目;贵州省高层次创新型人才培养项目;贵州省研究生科研基金

在线出版日期：2021-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1413-1421