掺杂剂与六方金刚石硅中 I$_3$ 类型基底堆叠缺陷的相互作用
材料科学
2025-06-13 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
最近合成的六方金刚石硅、德氏体和硅-德氏体纳米线 exhibit 优异的光学和电子性质，与立方金刚石多形物相比较而言更为突出。由于六方金刚石相的 metastable性质，这些材料中经常观察到 I 类型基底堆叠缺陷。理解和调制这些延展缺陷与掺杂剂之间的相互作用，对推动这些新型半导体的设计和性能至关重要。本研究采用密度泛函理论计算，探讨了外源性掺杂剂（III、IV 和 V 族元素）与六方金刚石硅中 I 类型基底堆叠缺陷的相互作用。与立方金刚石硅中本征堆叠缺陷的行为相反，我们证明中性和带负电的 p 型杂质倾向于占据远离 I 类型基底堆叠缺陷的晶格位点。接受器与平面缺陷的相互作用会降低其能量稳定性。然而，对于中性或带正电的 n 型掺杂剂和等价杂质而言，这一影响相对较小，其热力学能垒隔离较小，甚至可能为负，表明存在将杂质隔离到缺陷中的趋势。通过对结构修饰、电离效应和杂质电荷密度分布的详细分析，我们表明，这一行为的起源可归因于杂质的刚度效应及其波函数特性的差异。最后，通过考虑六方/立方硅界面极端情况，证实了接受器从立方区域隔离到六方区域的现象，确认了近 I 类型缺陷处 p 型掺杂剂所观察的行为。
引用
@article{arxiv.2502.15531,
title = {Interaction of dopants with the I$_3$-type basal stacking fault in hexagonal-diamond Si},
author = {Marc Túnica and Perpetua Wanjiru Muchiri and Alberto Zobelli and Anna Marzegalli and Emilio Scalise and Michele Amato},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.15531},
year = {2025}
}