杨顺吉， 张晋敏， 谢 杰， 冯 磊， 贺 腾

(贵州大学 大数据与信息工程学院 新型光电子材料与技术研究所， 贵阳550025)

1 引 言

高锰硅( Higher manganese silicide，简称 HMS)是一类其Si原子和Mn原子比为1.70～1.75的锰硅化合物的统称，通常将这些化合物记为 MnSi1.7[1, 2]. HMS是一种抗氧化性能好、化学稳定性高、成本低、无毒无污染、在近红外具有高达105cm-1的吸收系数等许多优点的环境友好型半导体材料，其应用前景非常广泛[3,4].

目前对于Mn4Si7的研究已有不少报道. 在实验研究上，Nishida[5]采用熔炼法制备 MnSi2-x(0.25～0.28)，测量其电阻率、霍尔系数，计算结果表明 MnSi2-x(0.25～0.28)的禁带宽度为0.40 eV，是一种简并半导体. Kawasrmi等[6]用布里奇曼方法制备Mn15Si26，通过研究在70-1200 K 温度范围内的不同方向电阻、霍尔系数温度曲线得到0.67 eV、0.72 eV 两个带隙值，并表明HMS是各向异性P型简并半导体. Bost和Mahan[7]通过离子束溅射并经1000 ℃退火得到了HMS样品，并对样品进行透射和反射光谱表征，得到了一个 0.68 eV 的直接带隙. 林泽冰[8]用离子烧结方法制备了高锰硅，并选用 Ge、B、Mo、Cu 元素进行掺杂，通过掺杂来优化高锰硅化合物的载流子浓度和热电性能. 在理论研究上，张民等[9]首次使用第一性原理对Mn4Si7进行计算，发现Mn4Si7有一个0.83 eV的禁带宽度. Migas等[10]计算了HMS各非公度相(Mn4Si7、Mn11Si19、Mn15Si26、Mn27Si47)的电子结构和光学性质，认为Mn4Si7具有一个0.77 eV的间接带隙. Miyazaki等[11]通过3+1维超空间群方法确定了高锰硅化物多晶样品的晶体结构，理论计算结果得到 MnSi1.7361是带隙为 0.6 eV 的半导体. 这表明Mn4Si7可在光电领域大显身手.

到目前为止对Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7的电子结构以及光学性质的理论研究还未见报道. 本文采用基……