金红石型 GeO$_2$ 的浅价带与 P 型掺杂
材料科学
2020-11-19 v1
摘要
GeO 具有 -石英型晶体结构，其基本带隙极宽（6.6 eV），是一种良好的绝缘体。本文基于第一性原理计算的能带对齐预测发现，带隙为 4.6 eV 的稳定金红石型 GeO 多型体具有出乎意料的低电离能（约 6.8 eV）。由于包含 Ge 等小有效离子半径阳离子的金红石结构中 OO 间距较短，O 2p 轨道间的反键相互作用使价带顶能级升高，以至于空穴掺杂变得可行。在实验上，本文报道了通过助熔剂法生长出尺寸为 mm 的大块金红石型 GeO 单晶，并证实了其在高达 C 温度下的热稳定性。X 射线荧光光谱分析表明，晶体中包含了来自 LiOMoO 助熔剂的非故意混入的 Mo 杂质，以及作为潜在受主掺杂剂的 Ga 在 r-GeO 晶格中的固溶性。Ga 与 Mo 共掺杂的 r-GeO 单晶在室温下的电阻极高，但在加热至 300 C 时下降了 2-3 个数量级，这归因于热激活的 p 型导电。
引用
@article{arxiv.2011.08928,
title = {Shallow Valence Band of Rutile GeO$_2$ and P-type Doping},
author = {Christian A. Niedermeier and Keisuke Ide and Takayoshi Katase and Hideo Hosono and Toshio Kamiya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.08928},
year = {2020}
}