半导体氮化硅双层膜的声子和电子性质

二维 (2D) IV-V 族半导体因其迷人的电子和光学性质而备受关注。在本工作中，我们预测了三种氮化硅相，分别记为 $\alpha$-Si$_{2}$N$_{2}$、$\beta$-Si$_{2}$N$_{2}$ 和 $\gamma$-Si$_{4}$N$_{4}$。$\alpha$-Si$_{2}$N$_{2}$ 和 $\beta$-Si$_{2}$N$_{2}$ 均由两个褶皱的 SiN 片层组成，而 $\gamma$-Si$_{4}$N$_{4}$ 由两个翘曲的 SiN 片层组成。由于高能垒，$\alpha$-Si$_{2}$N$_{2}$ 和 $\beta$-Si$_{2}$N$_{2}$ 之间的相互转化具有挑战性。这三种动力学稳定的双层膜均为半导体，其基本间接带隙范围为 0.25 eV 至 2.92 eV。正如预期，只有 s 和 p 轨道对电子态有贡献，且 pz 轨道在费米能级附近占主导地位。此外，$\alpha$-Si$_{2}$N$_{2}$ 和 $\beta$-Si$_{2}$N$_{2}$ 在 16% 的双轴应变下会发生绝缘体 - 金属转变。这些材料可能在微电子学和自旋电子学中具有潜在应用。