CaS 中的本征点缺陷：聚焦持久发光的掺杂极限

我们采用 DFT+ Hubbard U 方法研究了 CaS 中的本征点缺陷。考虑了 Ca 赝势 d 轨道局域化的影响。对 Ca 位进行 Hubbard U 修正的 d 轨道有助于电荷从 S 位的 p 轨道转移至 Ca 位，在带隙内同时产生能量间隔为 1.2~1.4 eV 的局域电子态和空穴态。这对应于光学吸收中导带边下方的局域激子能级。我们讨论了本征点缺陷的电子性质与形成能。发现中性 S 空位在富 Ca 极限下具有最低能量 0.62 eV。肖特基缺陷对是另一种主导缺陷，从富 S 到富 Ca 化学势极限，每个缺陷位点的能量代价为 1.51 eV。缺陷形成能进一步总结出，双正电 S 空位和双负电 Ca 空位分别是 CaS 中共存的最稳定施主型和受主型缺陷。我们还总结出一个狭窄的掺杂极限能量，该能量在 CaS 中被确定为恒定的 1.33 eV，与不同化学势极限无关。但这一允许掺杂的范围从富 S 到富 Ca 极限，整体从价带顶附近向导带边移动。在富 S 极限下，EF 可移动的掺杂范围对应于 Eu2+ 掺杂实验，预测的发光波长极限为 659 nm (1.88 eV)，与报道的 650 nm 结果非常接近。这为 CaS 中镧系离子掺杂实验提供了坚实的理论参考。我们得出结论，缺陷能级结合形成能是给出掺杂能量范围的一种可行方法，并有助于解释镧系离子掺杂晶体材料中光激励发光 (PSL) 机制的激活阶段。