硅中相互作用的磷与硼/铝 $\delta$ 掺杂层的第一性原理能带结构
材料科学
2026-02-26 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
硅可以在单原子层（ 层）中用磷进行重掺杂，显著改变材料内导带的电子结构。最近的进展还使得使用硼或铝的受主型 层进一步掺杂硅成为可能，从而使得制造具有相反极性且相互作用的 层器件成为可行。利用密度泛函理论，我们计算了磷基 层与硼或铝 层相互作用时的电子结构，并改变了 层之间的距离。在间距为 1 nm 及以下时，掺杂剂电势重叠并在很大程度上相互抵消，导致电子结构非常接近本征硅。在间距大于 1 nm 时，两个 层彼此独立行为，其等效电子结构类似于以本征层取代耗尽区的 p-n 二极管。较大间距下 层之间电荷转移的一种机制可能是隧穿，我们观察到隧穿概率超过了标准硅 1.1 eV 三角势垒的预期值，表明与传统结相比， 层之间的相互作用可能增强了隧穿效应。
引用
@article{arxiv.2509.19205,
title = {First principles band structure of interacting phosphorus and boron/aluminum $\delta$-doped layers in silicon},
author = {Quinn T. Campbell and Andrew D. Baczewski and Shashank Misra and Evan M. Anderson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.19205},
year = {2026}
}