Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Photoelektrische Eigenschaften von La-, Ce- und Th-dotiertem 2D-SiC: Eine erste Prinzipstudie

Wan-Jun Y, Xin-Mao Q, Chun-Hong Z, Zhong-Zheng Z und Shi-Yun Z

Die geometrische Struktur, die Energiebandstruktur, die Zustandsdichte und die optischen Eigenschaften von mit La, Ce und Th dotiertem zweidimensionalem (2D) SiC werden mithilfe der First-Principle-Methode untersucht. Die Ergebnisse der geometrischen Struktur zeigen, dass alle Dotierungsatome eine deutliche Verzerrung des Kristallgitters in der Nähe der Dotierungsatome verursachen und der Grad der Verzerrung mit dem kovalenten Radius der verschiedenen Dotierungsatome zusammenhängt. Das reine 2D-SiC ist ein Halbleiter mit direkter Bandlücke und einer Bandlücke von 2,60 eV. In der Nähe der Fermi-Energie besteht die Zustandsdichte hauptsächlich aus C-2p und Si-3p. Bei der Dotierung mit La, Ce und Th verringert sich die Bandlücke von 2D-SiC und alle werden zu Halbleitern mit quasi-direkter Bandlücke. Das Valenzband von mit La und Th dotiertem 2D-SiC besteht hauptsächlich aus C-2p, Si-3p, La-5d bzw. Th-6d, während Ce-Dotierung wenig Einfluss auf das Valenzband von 2D-SiC hat. Das Leitungsband von mit La, Ce und Th dotiertem 2D-SiC besteht hauptsächlich aus Si-3p, La-5d, Ce-4f und Th-6s6d5f. Wenn Si-Atome durch Seltenerdatome ersetzt werden, verlieren die Seltenerdatome ihre Ladung. Die Bindung zwischen Seltenerdatomen und C-Atomen ist schwach kovalent, während die ionische Bindung stärker ist. Von allen untersuchten Systemen hat La-dotiertes 2D-SiC die höchste statische Dielektrizitätskonstante von 2,33, den höchsten Peak von ε2(ω) im Niedrigenergiebereich und den maximalen Brechungsindex n0 von 1,53. Ce-dotiertes 2D-SiC hat die maximale Absorption von 6,88 × 104 cm-1 im Niedrigenergiebereich. La- oder Ce-dotiertes 2D-SiC kann die Absorption im Niedrigenergiebereich verstärken, während Th-dotiert die Absorption von 2D-SiC im Bereich von 0 bis 15 eV verringert. Die Forschungsergebnisse werden einige theoretische Leitlinien für die Entwicklung und Anwendung von 2D-SiC liefern.