纳米材料与分子纳米技术杂志

La、Ce、Th 掺杂 2D SiC 光电特性的第一性原理研究

Y 万军、Q 新茂、Z 春红、Z 中正、Z 世云

采用第一性原理方法研究了La、Ce和Th掺杂二维SiC的几何结构、能带结构、态密度和光学特性。几何结构结果表明，所有掺杂原子都会引起掺杂原子附近晶格的明显畸变，且畸变程度与不同掺杂原子的共价半径有关。纯2D SiC为直接带隙半导体，带隙为2.60 eV，在费米能级附近，态密度主要由C-2p和Si-3p组成。当掺杂La、Ce和Th时，2D SiC的带隙减小，均变为准直接带隙半导体。La和Th掺杂2D SiC的价带主要分别由C-2p、Si-3p、La-5d和Th-6d组成，而Ce掺杂对2D SiC的价带影响不大。 La、Ce、Th掺杂2D SiC的导带主要由Si-3p、La-5d、Ce-4f和Th-6s6d5f组成。当Si原子被稀土原子取代后，稀土原子失去电荷，稀土原子与C原子之间的键为弱共价键，离子键较强。在所有研究的体系中，La掺杂2D SiC具有最大的静态介电常数2.33，ε2(ω)的最大峰值在低能区，最大折射率n0为1.53。Ce掺杂2D SiC在低能区具有最大吸收峰6.88×104cm-1。La或Ce掺杂的2D SiC可以增强在低能区的吸收，而Th掺杂会降低2D SiC在0～15eV范围内的吸收。研究结果对2D SiC的开发和应用提供了一定的理论指导。