Tl掺杂对InI禁带宽度和吸收边带影响的第一性原理研究

徐朝鹏; 王永贞; 张伟; 王倩; 吴国庆

doi:10.7498/aps.63.147102

摘要

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，建立了未掺杂与不同浓度的Tl 原子取代In原子的In1-xTlxI超胞模型，分别对模型进行了几何优化、能带分布、态密度分布和吸收光谱的计算. 结果表明：Tl 掺杂浓度越小，In1-xTlxI形成能越低，晶体结构越稳定；Tl的掺入使得InI体系导带向高能方向移动，而价带顶位置基本没变，导致禁带宽度变宽，InI吸收光谱出现明显蓝移现象.

关键词:

According to the density functional theory, using first-principles plane-wave ultrasoft pseudopotential method, models for a pure InI and different concentrations of Tl-doped InI are set up, and the geomertry optimizations for the modes are carried out. The total density of states, the band structures and the optical absorption are also calculated. The results show that the smaller the doping concentration of Tl, the smaller the formation energy of InI is, thus the more stable the crystal structure is. The Tl doping causes the bottom of conduction band shift to a higher energy, while the location of the top of valence band has no change. This makes the band gap of InI broadened, and the absorption spectrum obviously blue-shifted.

Keywords:

作者及机构信息

1.
燕山大学信息科学与工程学院, 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 秦皇岛 066004

基金项目: 河北省应用基础研究计划重点基础研究项目（批准号：13961103D）、中国电子科技集团公司第四十六研究所创新基金（批准号：CJ20120208）、河北省高层次人才资助项目（批准号：C2013003040）和燕山大学青年教师自主研究计划（批准号：13LGA011）资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Information Science and Engineering, the Key Laboratory for Special Fiber and Fiber Sensor of Hebei Province, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China

Funds: Project supported by the Key Basic Research Project of the Applied Basic Research Programs of Hebei Province, China (Grant No. 13961103D), the Innovation Project of the 46th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation (Grant No. CJ20120208), the High-level Talents Funded Projects of Hebei Province, China (Grant No. C2013003040), and the Young Teachers Independent Research Projects of Yanshan University, China (Grant No. 13LGA011).

参考文献

[1]	Runkle R C, Smith L E, Peurrung A J 2009 J. Appl. Phys. 106 041101
[2]	Du M H, Singh D J 2010 Phys. Rev. B 82 045203
[3]	Jones R E, Templeton D H 1955 Acta Cryst. 8 847
[4]	Jin F, Itoh T, Goto T 1989 J. Phys. Soc. Jpn. 58 2586
[5]	Jie W Q 2010 Principle and Technology of Crystal Growth (Beijing: Science Press) p678 (in Chinese) [介万奇 2010 晶体生长原理与技术 (北京: 科学出版社) 第678页]
[6]	Oondera T, Hitomi K, Shoji T 2006 IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 3055
[7]	Jin X L, Lou S Y, Kong D G, Li Y C, Du Z L 2006 Acta Phys. Sin. 55 4809 (in Chinese) [靳锡联, 娄世云, 孔德国, 李蕴才, 杜祖亮 2006 55 4809]
[8]	Chen X R, Sun L L, Gou Q Q, Ji G F 2009 Chin. Phys. Lett. 26 017101
[9]	Liu F Q, Fan X J, Li M K, Li C B, Yin D 2005 Chin. Phys. B 14 2287
[10]	Xu X G, Zhang D L, Wu Y, Zhang X, Li X Q, Yang H L, Jiang Y 2012 Rare Metals 31 107
[11]	Zhang D L, Xu X G, Wang W, Zhang X, Yang H L, Wu Y, Ma C Z, Jiang Y 2012 Rare Metals 31 112
[12]	Xu L, Tang C Q, Dai L, Tang D H, Ma X G 2007 Acta Phys. Sin. 56 1048 (in Chinese) [徐凌, 唐超群, 戴磊, 唐代海, 马新国 2007 56 1048]
[13]	Hou Q Y, Dong H Y, Ma W, Zhao C W 2013 Acta Phys. Sin. 62 157101 (in Chinese) [候清玉, 董红英, 马文, 赵春旺 2013 62 157101]
[14]	Kolinko M I 1994 J. Phys.: Condens. Matter 6 183
[15]	Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. 136 B864
[16]	Clark S J, Segall M D, Pickard C J, Hasnip P J, Probert M I J, Refson K, Paynre M C 2005 Z. Kristallogr. 220 567
[17]	Chahed A, Benhelal O, Laksari S, Abbar B, Bouhafs B, Aourag H 2005 Physica B 367 142
[18]	Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H 1992 Phys. Rev. B 46 6671
[19]	Vanderbih D 1990 Phys. Rev. B 41 7892
[20]	Zhang W, Xu Z P, Wang H Y, Chen F H, He C 2013 Acta Phys. Sin. 62 243101 (in Chinese) [张伟, 徐朝鹏, 王海燕, 陈飞鸿, 何畅 2013 62 243101]
[21]	Cui X Y, Medvedeva J E, Delley B 2005 Phys. Rev. Lett. 95 256404
[22]	Zhang M, Zhang C H, Shen J 2011 Chin. Phys. B 20 017101
[23]	Franiv A, Bovgyra O, Savchyn O 2006 Ukr. J. Phys. 51 269
[24]	Hu Z G, Duan M Y, Xu M, Zhou X, Chen Q Y, Dong C J, Linghu R F 2009 Acta Phys. Sin. 58 1166 (in Chinese) [胡志刚, 段满益, 徐明, 周勋, 陈青云, 董成军, 令狐荣锋 2009 58 1166]

施引文献

[1]	Runkle R C, Smith L E, Peurrung A J 2009 J. Appl. Phys. 106 041101
[2]	Du M H, Singh D J 2010 Phys. Rev. B 82 045203
[3]	Jones R E, Templeton D H 1955 Acta Cryst. 8 847
[4]	Jin F, Itoh T, Goto T 1989 J. Phys. Soc. Jpn. 58 2586
[5]	Jie W Q 2010 Principle and Technology of Crystal Growth (Beijing: Science Press) p678 (in Chinese) [介万奇 2010 晶体生长原理与技术 (北京: 科学出版社) 第678页]
[6]	Oondera T, Hitomi K, Shoji T 2006 IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 3055
[7]	Jin X L, Lou S Y, Kong D G, Li Y C, Du Z L 2006 Acta Phys. Sin. 55 4809 (in Chinese) [靳锡联, 娄世云, 孔德国, 李蕴才, 杜祖亮 2006 55 4809]
[8]	Chen X R, Sun L L, Gou Q Q, Ji G F 2009 Chin. Phys. Lett. 26 017101
[9]	Liu F Q, Fan X J, Li M K, Li C B, Yin D 2005 Chin. Phys. B 14 2287
[10]	Xu X G, Zhang D L, Wu Y, Zhang X, Li X Q, Yang H L, Jiang Y 2012 Rare Metals 31 107
[11]	Zhang D L, Xu X G, Wang W, Zhang X, Yang H L, Wu Y, Ma C Z, Jiang Y 2012 Rare Metals 31 112
[12]	Xu L, Tang C Q, Dai L, Tang D H, Ma X G 2007 Acta Phys. Sin. 56 1048 (in Chinese) [徐凌, 唐超群, 戴磊, 唐代海, 马新国 2007 56 1048]
[13]	Hou Q Y, Dong H Y, Ma W, Zhao C W 2013 Acta Phys. Sin. 62 157101 (in Chinese) [候清玉, 董红英, 马文, 赵春旺 2013 62 157101]
[14]	Kolinko M I 1994 J. Phys.: Condens. Matter 6 183
[15]	Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. 136 B864
[16]	Clark S J, Segall M D, Pickard C J, Hasnip P J, Probert M I J, Refson K, Paynre M C 2005 Z. Kristallogr. 220 567
[17]	Chahed A, Benhelal O, Laksari S, Abbar B, Bouhafs B, Aourag H 2005 Physica B 367 142
[18]	Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H 1992 Phys. Rev. B 46 6671
[19]	Vanderbih D 1990 Phys. Rev. B 41 7892
[20]	Zhang W, Xu Z P, Wang H Y, Chen F H, He C 2013 Acta Phys. Sin. 62 243101 (in Chinese) [张伟, 徐朝鹏, 王海燕, 陈飞鸿, 何畅 2013 62 243101]
[21]	Cui X Y, Medvedeva J E, Delley B 2005 Phys. Rev. Lett. 95 256404
[22]	Zhang M, Zhang C H, Shen J 2011 Chin. Phys. B 20 017101
[23]	Franiv A, Bovgyra O, Savchyn O 2006 Ukr. J. Phys. 51 269
[24]	Hu Z G, Duan M Y, Xu M, Zhou X, Chen Q Y, Dong C J, Linghu R F 2009 Acta Phys. Sin. 58 1166 (in Chinese) [胡志刚, 段满益, 徐明, 周勋, 陈青云, 董成军, 令狐荣锋 2009 58 1166]

[1]	罗娅, 张耘, 梁金铃, 刘林凤. 铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究. , 2020, 69(5): 054205. doi: 10.7498/aps.69.20191799
[2]	梁金铃, 张耘, 邱晓燕, 吴圣钰, 罗娅. 铁镁共掺钽酸锂晶体的第一性原理研究. , 2019, 68(20): 204205. doi: 10.7498/aps.68.20190575
[3]	丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋. Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析. , 2018, 67(21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
[4]	贾晓芳, 侯清玉, 赵春旺. 采用第一性原理研究钼掺杂浓度对ZnO物性的影响. , 2017, 66(6): 067401. doi: 10.7498/aps.66.067401
[5]	张耘, 王学维, 柏红梅. 第一性原理下铟锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱. , 2017, 66(2): 024208. doi: 10.7498/aps.66.024208
[6]	曲灵丰, 侯清玉, 赵春旺. Y掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究. , 2016, 65(3): 037103. doi: 10.7498/aps.65.037103
[7]	徐晶, 梁家青, 李红萍, 李长生, 刘孝娟, 孟健. Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究. , 2015, 64(20): 207101. doi: 10.7498/aps.64.207101
[8]	许镇潮, 侯清玉. GGA+U的方法研究Ag掺杂浓度对ZnO带隙和吸收光谱的影响. , 2015, 64(15): 157101. doi: 10.7498/aps.64.157101
[9]	赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究. , 2015, 64(12): 124210. doi: 10.7498/aps.64.124210
[10]	侯清玉, 吕致远, 赵春旺. V高掺杂量对ZnO（GGA+U）导电性能和吸收光谱影响的研究. , 2014, 63(19): 197102. doi: 10.7498/aps.63.197102
[11]	郭少强, 侯清玉, 赵春旺, 毛斐. V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究. , 2014, 63(10): 107101. doi: 10.7498/aps.63.107101
[12]	侯清玉, 郭少强, 赵春旺. 氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究. , 2014, 63(14): 147101. doi: 10.7498/aps.63.147101
[13]	毛斐, 侯清玉, 赵春旺, 郭少强. Pr高掺杂浓度对锐钛矿TiO2的带隙和吸收光谱影响的研究. , 2014, 63(5): 057103. doi: 10.7498/aps.63.057103
[14]	吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究. , 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
[15]	侯清玉, 董红英, 马文, 赵春旺. Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究. , 2013, 62(15): 157101. doi: 10.7498/aps.62.157101
[16]	侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究. , 2013, 62(3): 037101. doi: 10.7498/aps.62.037101
[17]	李聪, 侯清玉, 张振铎, 张冰. Eu掺杂量对锐钛矿相TiO2电子寿命和吸收光谱影响的第一性原理研究. , 2012, 61(7): 077102. doi: 10.7498/aps.61.077102
[18]	侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究. , 2012, 61(16): 167102. doi: 10.7498/aps.61.167102
[19]	李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺, 张冰. Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究. , 2012, 61(16): 167103. doi: 10.7498/aps.61.167103
[20]	黄丹, 邵元智, 陈弟虎, 郭进, 黎光旭. 纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究. , 2008, 57(2): 1078-1083. doi: 10.7498/aps.57.1078

计量

文章访问数: 6594
PDF下载量: 488
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板