嵌入 III-V 族半导体中的 ErAs 纳米颗粒的费米能级钉扎
材料科学
2023-12-20 v1
摘要
将稀土磷化物 (RE-V) 纳米颗粒嵌入 III-V 族半导体中可实现独特的光学、电学和热学性质，应用于太赫兹光导开关、隧道结和热电器件。尽管在生长、颗粒尺寸和密度方面具有高质量和高控制度，但这些纳米复合材料的基础电子结构仅停留在假设阶段。关于纳米颗粒（通常直径< 3 nm）的金属性或半导体性等基本问题仍未得到解答。利用第一性原理计算，我们研究了 ErAs 纳米颗粒在 AlAs、GaAs、InAs 及其合金中的结构和电子性质。不同形状和尺寸（即从立方体到球体，直径分别为 1.14 nm、1.71 nm 和 2.28 nm）的 ErAs 纳米颗粒的形成能表明，球形纳米颗粒在能量上最有利。随着直径增加，费米能级从靠近导带降低至带隙中间。对于能量最低的纳米颗粒，费米能级被钉扎在接近带隙中间的位置，在 GaAs 中约为价带上方 0.8 eV，在 AlAs 中约为 1.2 eV，而在 InAs 中则与导带共振。我们的结果表明，一旦考虑 AlAs/GaAs/InAs 界面的能带排列，费米能级便在绝对能量标度上被钉扎，为这些纳米复合材料的理性设计提供了见解。
引用
@article{arxiv.2312.12184,
title = {Fermi-level pinning in ErAs nanoparticles embedded in III-V semiconductors},
author = {Ruiqi Hu and Dai Q. Ho and Quang To and Garnett W. Bryant and Anderson Janotti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.12184},
year = {2023}
}