硅化钡及掺磷硅化钡电子结构和光学性质的第一性原理计算

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1、BaSijnP:BaSi2电子结构及光学性质的第一性原理计算摘要：本文根据第一性原理，利用CASTEP软件理论计算了正交相的33812及卩&512晶体的电子结构和光学性质。计算结果表明，未掺P时BaSi2晶体的禁带宽度为0.9eV，掺P后其电子结构和光学性质均发生较大改变：晶体的导带被费米能级穿越，静态折射率变成12.5等。总体来看，掺P使BaSi2半导体材料转变为带自由电子的N型半导体材料。关键词：第一性原理；BaSi2;P:BaSi2;电子结构；光学性质BaSi2andP:BaSi2,electronicstruc

2、tureandopticalpropertiesFirstprinciplescalculationsAbstract：CrystalcellstructurefororthogonalphaseofofSiliconofbarium(BaSi])isafineofnewsemiconductormaterial(hasnewoptical,andmagnetic,andelectricalcharacteristicsofmaterial),inlight，andelectric，andhotareaarehaswi

3、delyofofapplication，forthisBaSi2andthePiBaSi?offirstsexualprinciplecalculationbothcomparisonimportantofsignificance，thisunderfirstsexualprinciple,usingCASTEPmoduletheorycalculationhasorthogonalphaseofBaSi2andtheP:BaSi2ofelectronicstructureandopticalnature,calcul

4、ationstructureindicatesthatmixedwithP.TomakeBaSi2intofreeelectronsinn-typesemiconductormaterialssemiconductormaterials.Keywords：First-Principles；BaSi2；P:BaSi2；electronicstructure；opticalproperties0引言不同性质的材料，其导电性不同，按物质导电能力的大小，可将其分三大类:导电能力良好的导体，通常情况卜*不能导电的绝缘体和导电能力

5、介于导体和绝缘体之间的半导体材料。BaSi2物质由Ba元素和Si元素组成的，并正交相的BaSi2的具有较小的带隙宽度，是一种良好的的半导体材料。利用高真空和分子束外延的方法，McKee等人［1］在Si(OOl)而生长BaSi2,BaO、BaTiO3的薄膜外延结构，并且说明丫BaSi2在BaO和Si之间作为一种界面模板起到了重要作用。1996年和1998年，Imai等人1231在高温高压下，对BaSi2从正交相到三角形的结构的过渡进行了测试。1996年，实验结果表明当加压达到5.2GPa,温度到673K时，正交相的BaS

6、i2转换成了三角形结构。而1998年的实验表明，BaSi2在室温下压缩达到7.1GPa时，正交相的BaSi2并没有显示出相变，仅是衍射峰发企丫改变而变宽丫。2006年Kishino等人141利用垂直Bridg-man的方法对BaSi2晶体进行成功的生长，X射线衍射分析表明，生长的晶体是正交相的BaSi2,测量光学吸收的结果确定了在室温下的光学转换的不同类型。2002年，Nakamura等人151用第一性原理方法计算得到正交相结构的BaSi2能带结构，通过对正交相BaSi2光电特性在氩气的保护下用电弧熔化的方法进行研宂，

7、得到BaSiygi体的间接带隙宽度为1.1eV。Imai等人161同样根据第一性原理计算BaSi2晶体的电子结构，得到其带宽为0.457eV。2004年，Ivanenko等人17］利用全电势线性缀加平面波法计算BaSi2晶体的电子结构，从而获知带隙宽度为0.83eV。近年来Kishino等人181利用局域密度近似的全电势线性平面波方法同样得到了BaSi2电子能带结构到的了禁带宽度为0.72eV。以上主要是对BaSi2各种性质的研究，并未对掺杂的BaSi2晶体有过计算，而本文主要是对P:BaSi2的电子结构和光学性质进行

8、研宄分析并与原BaSi^S体的性质进行比较，从而得到其电子结构和光学性质的改变特点。1理论模型和计算方法理论模型BaSi2晶体具有稳定的正交相、亚稳定的立方相和三角形相三种结构但图1BaSi2晶体结构图图2P:BaSi2晶体结构图只有稳定的正交相结构的BaSi2才是半导体材料，其空间群是Pnma(No.62),品格常数6Z=0.9