Au掺杂硅纳米线的稳定性和电子结构.pdf

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1、物理化学学报(，fHuaxueXuebao1JulyActa肋．一Chim．Sin．2011，27(7)，1615—162016l5[Article]www．whxb．pku．edu．cnAu掺杂硅纳米线的稳定性和电子结构梁伟华王秀丽丁学成褚立志邓泽超傅广生王英龙(河北大学物理科学与技术学院，河北保定071002)摘要：采用基丁密度泛函理论的第‘性原理的方法，对Au掺杂【1oo]方向氢钝化硅纳米线(SiNWs)不同何置的形成能、能带结构、态密度及磁性进行了计算，考虑了Au占据硅纳米线的替代、四面体间隙和六角形问隙的不位胃．结果表明：Au偏爱硅纳米线中心的替代

2、位置．Au掺杂后的砖纳米线引入了杂质能级，禁带宽度变窄．对于Au替代掺杂，杂质能级主要来源于Au的d、P念和Si的P念．由于Au的d态和Si的P态的耦合，Au掺杂硅纳米线具有铁磁性．对问隙掺杂，杂质能级主要米源于Au的S态，足非磁性的．另外，根据原子轨道和电子填允模型分析了其电子结构和磁性．关键词：硅纳米线：第一性原理：掺杂方式：形成能：态密度：磁性中图分类号：O641StabilityandElectronicStructuresofAu-DopedSiliconNanowiresLIANGWei--HuaWANGXiu-·LiDINGXue--Cheng

3、CHULi·-ZhiDENGZe-·ChaoFUGuang—ShengWANGYing—LongfCollegeofPhysicsScienceandTechnology,HebeiUniversity,Baoding071002，HebeiProvince，尸R．China)Abstract：Wecalculatedtheformationenergies，bandstructure，densityofstates，andmagneticpropertiesofAu—dopedhydrogen—passivatedsiliconnanowires(SiNW

4、s)alongthe[1O0】directionatdiferentpositionsbyfirst．principlesmethodbasedondensityfunctionaItheory．WeconsideredthesubstitutionaJpositions．fhejnterstitiaJpositionswithtetrahedralsymmetry,andtheinterstitialpositionswithhexagonaIsymmetry．TheresultsshowthatAupreferentiallyoccupiesthecen

5、tersubstitutionaIpositionofthesiliconnanowire．ThedopingofAuintosiliconnanowiresintroducesanimpurityIevelneartheFermiIeve1．ThebandgapvalueswereIessthanthoseofpuresiliconnanowires．Forthesubstituti0naIIvdopingofsiliconnanowiresthedensityofstatesneartheFem1ileve1weremainlycontributedto

6、bytheAudandPorbitalsandtheSiPorbita1．FerromagneticbehaviorofthesubstitutiOnallvdopednanowirewasobse~eduponcouplingtheAudandSiPstates．FortheinterstitiaIdopingofsiliconnanowiresnonmagneticbehaviorwaspredicted．Inaddition．wealsolnterprettheelectronicandmagneticpropertiesintermsofasimpl

7、eanalysisbasedontheatomicorbitalsandelectronfilling．KeyWords：Siliconnanowire；First-principles；Doping·method；Formationenergy；Densityofstate；Magneticproperty1引言础材料，如场发射器件、高效发光器件、激光和互连一维纳米结构(如硅纳米线)，具有许多不同于材料等，从而引起人们广泛的关注．人们通过生长硅块材的新颖光电特性，可作为光电应用领域的基过程中掺杂其它杂质，如将B，P，Li，Er等掺入硅纳Received：F

8、ebruary21，2011；Revised：Apr