硅中原子级锐利掺杂轮廓的子带结构

基于硅的结构与原型器件的缩小现已达到单原子尺度，这是硅基量子计算机发展的重要里程碑。原子尺度器件制造的一个尤其引人注目的平台是所谓的SiP delta层，由半导体宿主内超高密度且锐利的掺杂层构成。尽管存在若干替代方案，硅中的磷掺杂吸引了最多关注，并且许多量子原型器件正是在该平台上成功演示的。受此推动，理论与实验都致力于理解SiP delta层平台的电子结构。在本工作中，我们使用高分辨率角分辨光电子能谱（ARPES）揭示了因SiP delta层高掺杂密度而存在的电子态结构。与已发表的理论工作相反，我们分辨出三个不同的能带，其中占据最多的能带显示出大的各向异性并显著偏离简单抛物行为。我们探究了这一精细结构的可能起源，并得出结论：它主要是介电常数较大（约为体硅的两倍）的结果。将此因子纳入紧束缚计算导致能带结构的重大修正；具体而言，第三能带的存在、能带间的分离以及偏离纯抛物行为。这一对能带结构的新理解对构建于SiP delta层平台上的量子原型器件具有重要意义。