文摘
InSb集团III-V与窄带隙半导体结合Mn在InSb-Mn合金的各种浓度和掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。三元InSb-Mn合金的光学性能和电子结构与PMMA调查使用第一原理计算DFT方法。不同锰浓度中扮演重要角色的改善吸收系数以及光电导率。这是观察到的带隙InSb-Mn: PMMA与锰浓度的增加而单调减小。InSb-Mn光学特性:PMMA,如光学吸收系数和光电导率,比纯InSb更大。InSb-Mn: PMMA合金是掺杂PMMA聚合物为了使薄膜作为PMMA是一个透明的热塑性聚合物。这些结果表明一个有前途的应用InSb-Mn: PMMA薄膜在光电InSb掺杂24%,电导率和其他掺杂比率相比有所改善。这个州最佳掺杂比的主要发现进行基于建模和仿真研究。
1。介绍
III-V半导体,因为它们的结构,在科学研究中起关键作用及其应用。制备复合半导体的设备尤其是III-V组元素近年来有所改善,因为这些化合物被证明这些非常有利于检流计的设备技术,高速电子、磁传感器和红外探测器在不同的波长范围1- - - - - -3]。一些集团III-V化合物如砷化镓,输入,InSb GaSb, AlSb高电子迁移率使得他们对许多光子应用程序有用。InSb和掺杂InSb半导体被广泛实现的红外探测器和高速设备因为狭窄的带隙的4]0.17电动汽车在80 k和300 k和0.23 eV另外80000厘米的高电子迁移率2/ Vs。p型InSb是受雇于磁敏感设备磁电阻(5]。应用程序可能包括超高速和超低功率集成电路、卫星通讯、活动数组天基雷达、便携式移动设备,化学检测、药物分析、气体环境监测、生物医学诊断等领域(6,7]。薄膜材料和设备的主要进步已经初始化发展的许多领域的柔性电子元件包括聚合物、纳米线,纳米材料碳纳米管或其他半导体薄膜使增强它们的属性(8,9)设备基于这种复合材料表明改善电气性能。近年来,有控股注意InSb薄膜的表征,因为其潜在的光电应用在各个领域。的极端应用范围InSb以薄膜的形式。InSb电影有重要的关联应用程序在设备制造、应用于位置探测器和驱动电机的一部分设备10- - - - - -14]。在本文中,我们提出一个聚合物薄膜由InSb-Mn和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)提高电导率和吸收。溶胶是一种热塑性材料与杰出的光学和机械性能支持光电等广泛应用,激光功率衰减器,蓝色滤光片,生物医学(骨水泥)和光学数据存储(15- - - - - -21]。光学性质的InSb-Mn PMMA掺杂提高了不同掺杂比率(22]。实验验证和过程耗费时间来检查任何组合。因此,差距在这个过程中被解决在当前工作要缩短时间和确定最佳掺杂浓度之前去实验。
2。方法
方法建议的工作包括第一原理密度泛函理论(DFT)计算。剑桥系列总能量包(CASTEP)被用来计算DFT使用平面波伪势方法计算材料的属性从第一原则。计算进行了模拟各种材料,如能量的性质,电子响应特性、振动特性和结构在原子级别(23,24]。伪势的概念是一个很重要的一个平面波以来总能量方法替代电子离子的库仑势相互作用衰变太慢是准确地由少量的傅里叶表示组件。伪势最一般形式表示在接下来的方程(25]:
与Perdew广义梯度近似(GGA),伯克,Ernzerhof (PBE) [26参数化是用来描述exchange-correlation交互。Ultrasoft伪势(27)被应用于电子离子的相互作用模型。在本文中,我们主要关注InSb-Mn的电子结构和光学性质。DFT算法选择的几何优化超级闪电。能源截止为平面波的基础上被选为300年电动汽车的电子结构计算和光学性质的计算。自洽场公差设定如下:2.0 e−6电动汽车/原子的总能量;最大的自洽场周期设置为100。K-points相隔0.051 /。增加密度比例因子是1.0。Perdew、伯克和Ernzerhof (PBE)提出了一个简化的一个简化GGA建设交换和关联,所有其他参数比迷幻药的基本常数。 在哪里μ51 = 0.219,k= 0.804。
3所示。用DFT计算属性
3.1。光电导
表达光学特性的另一个主要用于数量是光电导率σ(ω)给出如下:
光传导有时被用来描述金属,但CASTEP的目的是向绝缘体和半导体的光学特性。绝缘体和半导体之间的区别是intraband转换中发挥重要作用的红外光学光谱的一部分这些过渡金属和不考虑CASTEP [28]。
3.2。光学吸收
在真空中,N(折射率)是真正的价值是统一。透明材料,提出了实部和虚部表示为
吸收系数表示失去的能量波的一部分一旦通过材料(28]。光吸收系数表达的光强度衰减比例每单位距离的旅行在中。图1表明InSb不同锰含量都有山峰之间2.5 eV和5.5 eV。
3.3。态密度
CASTEP密度的状态选项对话框允许您指定k-point集和特征值用于态密度计算收敛性判据。γ点,当选择,表明一个k-point(0, 0, 0)将用于计算态密度(29日]。
3.4。能带结构
CASTEP计算使用GGA和PBE [29日)进行。Pseudo-potential-mixed高斯平面波LDA和GGA基础30.)和潜力非正交local-orbital最低基础带结构在LDA方法被用于计算能带结构(31日]。
4所示。结果与讨论
通过上述CASTEP-based计算结果的图形如图表示1- - - - - -4。的情节图获得的材料工作室使用CASTEP-based计算软件包。说明图的CASTEP计算是非常有用的识别每个图形的最大最优值。能带结构显示了子带中电子的入住率和轨道。光电导率显示了峰值强度的复合掺杂比率,并吸收图显示的最大的吸收强度复合及其带宽。
4.1。频带宽度
图2显示InSb-Mn的能带结构:PMMA与不同锰浓度,显然,InSb窄带隙半导体,带隙显示一个下降的趋势随着锰浓度的增加。结果在表1。
特殊k-points图的坐标2是GF (0.000, 0.000, 0.000), (0.000, 0.500, 0.000),问(0.000,0.500,0.500)Z(0.000,0.000,0.500)。
InSb-Mn与24%锰掺杂PMMA至少带隙然后5%的锰,13.6%的锰,29%的锰。锰的浓度从5%上升到24%,然后带隙却降低了,同时随着锰的浓度的增加,带隙也增加。狭窄的带隙半导体掺杂是一种正常现象。施主杂质产生能级带隙内靠近导带,和受主杂质产生能量水平靠近价带。随着掺杂量的增加,掺杂物的态密度增加,形成一个连续状态类似于乐队和有效带隙减少。可以延长窄带隙半导体的带隙宽禁带半导体合金。
4.2。光学性质
InSb-Mn的光学性质:PMMA主要指吸收系数和光电导性,这主要是由乐队决定的费米能级附近的浓度、载体的流动。
4.3。吸收
图3代表不同的复合掺杂的吸收比InSb成体系。InSb-Mn: PMMA 24%锰吸收相比,增加了5%和13.6%,而29%的锰浓度减少吸收得多。记录第一个高峰是在5 eV和持续到7.5 eV,还有进一步增加12 eV锰浓度的13.6%。记录最大吸收锰浓度在24%,而锰浓度在29%导致高峰在4 eV和减少到20 eV。
4.4。导电率
图4代表了光电导的准备复合不同掺杂浓度。彩色插图显示了真正的变化(蓝色)和虚(红色)部分记录数据的图形表示。半导体光学电导率电导率的变化引起的照明,增加或减少。代和复合效应的材料发生由于光子效应的材料使共价键破坏和创造新的电子空穴对。这种效应使更多的航空公司从一个地方迁移到另一个导致电导率。光电导效应的物理基础是光电半导体的应用,InSb-Mn: PMMA Mn有24%比5%的锰和电导率增加13.6%的锰浓度,但进一步提高锰的浓度到29%,然后是电导率下降。这是显示最大导电性薄膜中锰浓度的24%。
4.5。态密度
图1代表准备的态密度复合不同掺杂浓度。态密度的入住率的电子乐队和子带。当电子乐队的入住率很高,那么它允许更多的电子产生和复合效应。因此,创建更多的电子空穴对允许改善运动载体的结构。这些影响入住率的乐队和子带中电子的原子由于材料掺杂效应改变现有材料的原子结构。因此,掺杂的效果会明显改善或减量承运人退出物质的浓度。在目前的工作,不同掺杂浓度的InSb-Mn掺杂PMMA及其有效的电子密度。根据不同的掺杂浓度,态密度图结构变化对InSb-Mn掺杂PMMA。峰值强度的图在图表示1说明了最大电子的排布。峰值强度随InSb-Mn的不同掺杂浓度。24%锰的掺杂态密度增加多5%的锰和锰浓度的13.6%,但在锰的浓度进一步增加导致减少态密度的29%。在图1,最大的态密度在24%的锰浓度在薄膜说明约27.5电动汽车的能量峰值强度。
InSb-Mn掺杂PMMA 24% Mn的态密度增加多5%的锰和锰浓度的13.6%,但在锰的浓度进一步增加29%,还有态密度下降。它显示出最大的态密度在24%的锰浓度薄膜。
5。结论
调查第一原理的电子和光学性质分析InSb-Mn掺杂PMMA不同锰浓度显示有一个增强的电子和光学性质。的带隙随锰浓度的增加而减小。同样,吸收InSb-Mn: PMMA转变向低能量与锰含量的增加。纯粹的光电导率大于那些InSb当24%的锰掺杂但少于那些纯InSb掺杂锰的29%。因此,锰掺杂中发挥着重要作用的调制光吸收、光电导。带隙窄化效应和特殊光学性质表明InSb-Mn: PMMA是一种很有前途的新半导体光电子应用程序。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。进一步的数据或信息都可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。