Nd掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

2021-06-16李阳军周庭艳

人工晶体学报 2021年5期

关键词：结构

李阳军，杨昆，周庭艳，吴波

(1.遵义师范学院物理与电子科学学院，遵义 563006；2.贵州师范大学物理与电子科学学院，贵阳 550001)

0 引言

Mg2Si是一种环境友好型半导体材料[1]，实验带隙宽度为0.77 eV[2]，因在自然界中原材料丰富，具有无毒无污染、高强度、耐中高温、低密度和高吸收系数[3]等优点备受关注。目前，Mg2Si材料已被广泛地应用于废热回收[4]、红外探测器、光纤通信、太阳能电池、车辆工程及光敏电阻器等诸多领域[5]。

Mg2Si晶体是一种立方反萤石结构，空间群为Fm-3m(No.225)，晶格常数为a=0.635 nm[6]。近年来，研究学者通过对Mg2Si掺杂不同的元素来有效地改变其热电性能、导电性和光学性质等。人们用B[7]、Bi[8]、Sn[9]、Sb[10]、Te[11]、Al[12]等施主型杂质掺入Mg2Si，可使其获得更高的载流子浓度；用Li[13]、Na[14]、Ag[15]、Ga[16]等受主型杂质掺入Mg2Si，掺杂后呈p型导电，同时，掺杂浓度越高，导电性能越强；用Co[5]掺杂，可使Mg2Si材料具备较好的磁性；用稀土元素Yb[17]、Y[18]、La[19]等掺杂Mg2Si，掺杂后能带结构更为复杂，热电性能更好；前人使用稀土元素Nd[20-21]掺杂Mg2Si，在实验方面对其热电性能与结构进行了相关的研究，但对掺杂后其光学性质方面的研究还不够深入。本文采用第一性原理方法，用Nd掺杂Mg2Si，计算其晶体结构、能带分布情况、电子态密度和光学性质等方面的变化，用Nd掺杂后，其在可见光区的穿透率增大，在光电子器件方面或有贡献，Mg2Si的静态介电常数提高、极性增强，加强了对光的利用。