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B, P掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质研究

程超群 李刚 张文栋 李朋伟 胡杰 桑胜波 邓霄

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B, P掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质研究

程超群, 李刚, 张文栋, 李朋伟, 胡杰, 桑胜波, 邓霄

Electronic structures and optical properties of boron and phosphorus doped β-Si3N4

Cheng Chao-Qun, Li Gang, Zhang Wen-Dong, Li Peng-Wei, Hu Jie, Sang Sheng-Bo, Deng Xiao
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  • 运用第一性原理方法, 计算了B, P两种元素单掺杂和共掺杂的β -Si3N4材料的电子结构和光学性质. 结果表明: B掺杂体系的稳定性更高, 而P掺杂体系的离子性更强; 单掺和共掺杂均窄化带隙, 且共掺在禁带中引入深能级, 使局域态增强; 单掺杂体系介电函数虚部、吸收谱和能量损失谱各峰均发生红移、幅值减小, 而共掺后介电函数虚部主峰出现蓝移、能量损失峰展宽、高能区电子跃迁大大增强, 且控制共掺杂的B, P比例可获得较低的带电缺陷浓度.
    The electronic structures and optical properties of boron/phosphorus mono- and co-doped β silicon nitride are studied by the first-principles plane-wave ultrasoft pseudopotential method with the generalized gradient approximation. The results are obtained as follows. The B-doped system has a better stability than the P-doped system, while the P-doped structure has a stronger ionicity. The mono-doping and co-doping can narrow the band gap of β silicon nitride while the co-doping introduces the deep impurity levels and strengthens the localized states. The mono-doping causes the imaginary part of dielectric function, the peaks of absorption spectra and energy loss spectra to red-shift, and their amplitudes to decrease, resulting in a significant difference from the intrinsic state. The co-doping induces the peak of imaginary part of the dielectric function to blue-shift, broadens the energy loss peak, greatly enhances the electronic transition in the high energy region, and controlling the ratio of the numbers of atoms (B and P) in co-doping can achieve a low charged defect concentration, implying its potential application in the field of microelectronics.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51205275, 51205276, 51205273)、国家高技术研究发展计划(批准号: 2013AA041109)、山西省自然科学基金(批准号: 2013021017-1)和山西省回国留学人员科研资助项目(批准号: 2013-035)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51205275, 51205276, 51205273), National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2013AA041109), the Natural Science Foundation of Shanxi Province, China (Grant No. 2013021017-1), and the Shanxi Provincial Foundation for Returned Scholars (Main Program), China (Grant No. 2013-035).
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-23
  • 修回日期:  2014-09-25
  • 刊出日期:  2015-03-05

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