溴化镧中共掺杂的第一性原理研究
材料科学
2020-08-03 v1
摘要
在 Ce 掺杂的 LaBr中掺入 Ba、Ca 或 Sr 可以改善基于这些材料的辐射探测器所能实现的能量分辨率。在此，我们基于第一性原理电子结构计算和点缺陷热力学，提出了一种合理化这种增强机制的理论。研究表明，Sr 的掺入会产生中性的-Sr复合体，能够暂时捕获电子。结果是，自由载流子的俄歇猝灭减少，从而允许更线性（尽管较慢）的闪烁光产额响应。实验斯托克斯位移可与不同的 Ce-Sr-三重复合体构型相关联。我们也考虑了与其他碱金属及碱土金属的共掺杂。研究发现，碱金属元素在 1000 K 时的溶解度极小，约为 0.1 ppm 或更低。在碱土金属中，较轻的掺杂原子倾向于占据类间隙位置并产生强散射中心，这对载流子迁移率有不利影响。只有较重的碱土金属元素才能将匹配的离子半径与足够高的溶解度结合起来。这为实验发现提供了理论依据，即仅使用 Sr、Ca 或 Ba 才能实现闪烁体性能的提升。本机制表明，宽禁带材料的共掺杂可以提供一种在非平衡条件下管理载流子种群的有效手段。在本案例中，引入的掺杂剂不仅操纵浓度，还操纵本征缺陷的电子性质，而不引入额外的能隙能级。这导致了浅电子陷阱的可用性，这些陷阱可以暂时局域化载流子，从而有效地使载流子 - 载流子复合通道失活。本原理的...
引用
@article{arxiv.1504.04752,
title = {A first-principles study of co-doping in lanthanum bromide},
author = {Paul Erhart and Babak Sadigh and André Schleife and Daniel Åberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.04752},
year = {2020}
}
备注
13 pages, 10 figures, accepted for publication in the Physical Review B