Bi$_2$Se$_3$ 中本征点缺陷的第一性原理研究

利用密度泛函理论框架内的第一性原理方法，我们研究了本征点缺陷对 Bi$_2$Se$_3$ 结构和电子性质的影响。Bi$_2$Se$_3$ 中的 Se 空位是双施主，而 Bi 空位是三受主。Se 反位 (Se$_{Bi}$) 在系统中始终是活性施主，因为其施主能级 ($\varepsilon$(+1/0)) 进入了导带。有趣的是，Bi$_2$Se$_3$ 中的 Bi 反位 (Bi$_{Se1}$) 是一种两性掺杂剂，当 $\mu$$_e$$<$0.119eV（材料为典型 p 型）时表现为施主，当 $\mu$$_e$$>$0.251eV（材料为典型 n 型）时表现为受主。不同生长环境（如富 Bi 或富 Se）下的形成能表明，在富 Se 条件下，无论电子化学势 $\mu$$_e$ 如何，Se$_{Bi}$ 都是最稳定的本征缺陷。在富 Bi 条件下，除了在生长窗口 $\mu$$_e$$>$0.262eV（材料为典型 n 型）且 $\Delta$$\mu$$_{Se}$$<$-0.459eV（富 Bi）的情况下，Se 空位是最稳定的本征缺陷；在此类生长窗口下，带一个负电荷的 Bi$_{Se1}$ 是最稳定的。