文章编号:1001-9731(2023)07-07152-06不同缺陷对二维MoSi2N4的电子结构及光学性质影响*王广1,黄泽琛1,罗子江2,郭祥1,2,3,王一1,2,3(1.贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳550025;2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心,贵阳550025;3.贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵阳550025)摘要:二维材料以优良性能在各领域表现出巨大潜力,单层MoSi2N4材料具有非磁性半导体和良好的稳定性。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究在氮、硅、钼空位下二维MoSi2N4的光电性质。研究结果显示:和本征二维MoSi2N4相比,外层氮和钼原子缺陷结构的禁带宽度缩减极大,而内层氮和硅原子缺陷结构的禁带宽度分别为0.781和0.736eV,均有所减小。在导电类型方面,二维MoSi2N4因为内层氮缺陷由p型半导体转变为n型半导体。同时,各个缺陷结构均使二维MoSi2N4发生了不同程度的红移。二维MoSi2N4以材料性能优异,研究光电性能对新一代光电器件具有重要意义。关键词:二维MoSi2N4;第一性原理计算;电子结构;光学性质中图分类号:O472文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.0200引言21世纪以来,随着工业技术在全球的快速发展,在美国、欧盟、日本等国半导体材料科学逐渐发展成熟[1]。第一代半导体以硅和锗[2]半导体为主,第二代半导体以砷化镓和磷化铟[3]为主,第三代半导体以碳化硅和氮化镓[4]为主。此外,原子层厚度的二维(Two-dimensional,2D)材料也逐渐受到国内外的研究。在2004年,第一次通过胶带剥离的方法剥离出单层石墨烯由英国曼彻斯特大学科学家AndreGeim和KonstantinNovoselov[5]。证明了二维结构可以在常温下存在,为二维材料的研究提供了新的方向[6]。从石墨烯开始,研究员研发了其他二维材料,如硼烯等。并发现了其中有很多新的物理现象[7],如二维磁性[8]等。在应用方面依旧发挥了巨大作用,例如二维材料在p-n结[9]、场效应管[10]、光电晶体管[14]等应用。二维材料与传统三维材料相比,在力学、热学、电学、光学等性能上二维材料都非常优秀[11],并且尺度上是原子级纳米材料,能够高集成,高精度[12];。当非层状材料达到原子量级后,其电子结构会发生变化,这是因为量子限域效应[13-15]产生的,会出现一些独特性质。例如二维GaN的禁带宽度大约是5eV,远远高于块体GaN材料的3.42eV。自从石墨烯问世后,二维材料成为了新的研究热点。在2020年研究出了合成新型二维材料的方法,中国科学院院士成会明团队[16]发现通过适当的元素在生长过程中钝化非层状材料的高能表面,该合成新...
