六方相硅与锗多型体结构-性质关系的第一性原理研究
材料科学
2023-02-22 v1
摘要
六方SiGe是将电子与光子技术结合的一种有前景的材料。本工作中,在平衡条件下透彻分析了硅和锗的六方多型体(2、4和6)的能量、结构、弹性和电子性质。为此,我们应用了最先进的密度泛函理论。在广义伊辛模型框架下获得的相图显示,金刚石结构在环境条件下最稳定,但六方变体接近相界,尤其是Si。我们使用MBJLDA和HSE06交换关联泛函的能带结构计算预测了随六方度电子态的显著变化。虽然Si晶体始终为具有间接带隙的半导体,六方Ge多型体具有直接带隙。Ge晶体的分支点能量低于价带顶,因此有利于Ge表面空穴气的形成。基于分支点能量的能带排列导致Ge多型体间的I型异晶界面,其中电子和空穴可被捕获于六方度更高的层中。相反,Si多型体间接导带极小值的能量移动相当弱,导致界面处激发电子离域,而仅空穴可定域于六方度更高的层中。
引用
@article{arxiv.2302.10822,
title = {First-principles insight in structure-property relationships of hexagonal Si and Ge polytypes},
author = {Martin Keller and Abderrezak Belabbes and Jürgen Furthmüller and Friedhelm Bechstedt and Silvana Botti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.10822},
year = {2023}
}
备注
37 pages, 7 figures, submitted to Physical Review Materials