光学增强的晶硅同素异形体：氢钝化 II 型硅笼合物
材料科学
2025-11-14 v1
摘要
尽管 Si 笼合物已被作为颇具前景的直接带隙半导体加以探索，但其实际光电性能受限于高掺杂水平与结构缺陷。长期以来，氢一直被用于改善常规 Si 的光电质量，但其在笼合物结构中的作用仍未被探索。在本研究中，我们证明可利用远程等离子体处理将氢（氘）掺入 II 型 Si 笼合物骨架。该过程导致 NaD 和 SiD 复合物的形成，显著降低了 Na 施主密度与悬挂键缺陷。电子顺磁共振证实 Na 相关施主态降低了近十倍，达到了迄今为止 Si 笼合物中报道的最低掺杂水平。钝化后，积分光致发光强度提高了 40 倍，并伴随主发射峰蓝移，与更接近本征带边的跃迁相一致。在 930 nm 处也出现了一个归因于氢相关复合中心的新发射峰。这些改善在高达 400 oC 时仍保持稳定。总而言之，本工作确立了氢钝化作为增强 Si 笼合物发光的可行策略，并为其在硅基发光二极管及其他直接带隙光电器件中的应用开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2511.09755,
title = {An optically enhanced crystalline silicon allotrope: hydrogen passivated type II silicon clathrate},
author = {Yinan Liu and Joseph P. Briggs and Sam Saiter and Meenakshi Singh and Carolyn A. Koh and P. Craig Taylor and Michael Walker and Khalid Mateen and Moussa Kane and Reuben T. Collins},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.09755},
year = {2025}
}