原子与分子物理学报2024,Vol.41Issue(6) :147-154.DOI:10.19855/j.1000-0364.2024.066004

过渡金属W、Mn、V、Ti掺杂二维材料MoSi2N4的第一性原理计算

First-principles calculation of two-dimensional MoSi2N4 doped with transition metals W,Mn,V and Ti

姚登浪 黄泽琛 郭祥 丁召 王一
原子与分子物理学报2024,Vol.41Issue(6) :147-154.DOI:10.19855/j.1000-0364.2024.066004

过渡金属W、Mn、V、Ti掺杂二维材料MoSi2N4的第一性原理计算

First-principles calculation of two-dimensional MoSi2N4 doped with transition metals W,Mn,V and Ti

姚登浪 1黄泽琛 2郭祥 3丁召 3王一3
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作者信息

  • 1. 贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳 550025
  • 2. 贵州大学半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心,贵阳 550025
  • 3. 贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳 550025;贵州大学半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心,贵阳 550025;贵州省微纳与软件技术重点实验室,贵阳 550025
  • 折叠

摘要

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了 W、Mn、V、Ti替位掺杂二维MoSi2N4后的几何结构、电子结构以及光学性质的变化.电子结构分析表明W、Mn、W、Ti替位掺杂二维MoSi2N4后的禁带宽度分别为1.806 eV、1.003 eV、1.218 eV和1.373 eV;四种过渡金属掺杂后MoSi2N4的带隙类型没有发生改变,均为间接带隙半导体;W掺杂后的杂质能级靠近价带顶,费米能级靠近价带顶,为p型半导体,杂质能级为受主能级;Mn掺杂后的杂质能级靠近导带底,费米能级靠近导带底,为n型半导体;V和Ti掺杂后杂质能级位于费米能级附近,为复合中心;光学性质分析表明,在2 eV~4 eV的能量区间内,W掺杂结构的吸收波长为336 nm,体系发生红移;Mn、V和Ti替位掺杂后的吸收波长分别为320 nm、358 nm和338 nm,且掺杂体系均发生蓝移.

Abstract

The changes in the geometric structure,electrical structure,and optical characteristics of the substitu-tion-doped MoSi2N4 crystal with W,Mn,V,and Ti were estimated using the fundamental principles of density functional theory(DFT).According to the electronic structure study,the prohibited band widths for W,Mn,W,and Ti doped two-dimensional MoSi2N4 are 1.806 eV,1.003 eV,1.218 eV,and 1.373 eV,respectively.Given that the doping structure is a p-type semiconductor and that the impurity energy level is the dominant en-ergy level,the impurity energy level introduced by W doping is close to the top of the valence band.Since the Fermi energy level and the impurity energy level are both near to the conduction band bottom and the doping structure is an n-type semiconductor,the impurity energy level introduced by Mn doping is also known as the sender energy level.The Fermi energy level,which is a part of the recombination center,is close to the impurity energy levels brought about by V and Ti doping.The optical property analysis shows that in the energy interval of 2 eV~4 eV,the absorption wavelength of the W-doped structure is 336 nm and the system is red-shifted;the absorption wavelengths of the Mn-,V-and Ti-dopend systems are 320 nm,358 nm and 338 nm,respec-tively,and they are blue-shifted.

关键词

二维MoSi2N4/第一性原理计算/掺杂/电子结构/光学性质

Key words

2D MoSi2N4/Density functional theory/Doping/Electronic structures/Optical properties

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基金项目

国家自然科学基金(62065003)

贵州省自然科学基金(QKH-[2020]1Y271)

贵州省高等学校青年人才成长计划(OJHKY-[2022]141)

教育部半导体功率器件可靠性研究中心开放项目(ERCMEKFJJ2019-08)

出版年

2024
原子与分子物理学报
四川大学,四川省物理学会,中国物理学会原子与分子物理专业委员会

原子与分子物理学报

北大核心
影响因子:0.296
ISSN:1000-0364
参考文献量33
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