Au-Bi摻雜碲鎘汞材料的第一性原理研究.pdf

1、近年來，隨著碲鎘汞紅外焦平面技術的不斷發(fā)展，其結構和光電特性引起了人們的廣泛關注。但是，器件的探測精度仍然受到材料的電學性能、面積和均勻性等參數(shù)的限制。碲鎘汞具有本征載流子濃度低、表面態(tài)密度低、光學吸收系數(shù)大等優(yōu)點，是一種重要且常見的紅外探測器材料。碲鎘汞n型摻雜可以很容易的通過In原位取代Hg獲得，并能獲得很高載流子濃度。但是，目前可控的碲鎘汞p型摻雜仍然是碲鎘汞探測器技術發(fā)展的瓶頸。Au在碲鎘汞材料中擴散系數(shù)較低，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性

2、，并且Au雜質在碲鎘汞的價帶頂端形成雜質能級，Au充當受主，因此，Au是一種有效的p型摻雜劑。Cd的組分x對碲鎘汞材料的電子結構和電學性質具有重要的影響。但是Au摻雜碲鎘汞材料的成鍵機制、電學性質與Cd的組分x之間的關系仍未得到深入的研究。V族元素Bi，在碲鎘汞中表現(xiàn)出兩性的摻雜特性，即取代陽離子時為n型摻雜，取代陰離子時為p型摻雜。因此采用第一性原理計算的方法研究Bi在碲鎘汞材料中的摻雜效應非常必要。
　　本文采用基于密度泛函的

3、第一性原理計算方法，采用先進的雜化泛函方法，對Hg1-xCdxTe、Au摻雜Hg1-xCdxTe(x=0.25，x=0.5，x=0.75)以及Bi摻雜Hg0.75Cd0.25Te相關的性質做了模擬計算。根據(jù)計算結果系統(tǒng)地研究了組分x對Au摻雜碲鎘汞材料的相關性質的影響，同時對Bi在碲鎘汞材料中的摻雜效應進行了細致的研究。文中我們主要分兩部分對Au摻雜Hg1-xCdxTe及Bi摻雜碲鎘汞相關的性質進行了計算和分析。
　　(1)采用第

4、一性原理計算方法分別計算了Hg1-xCdxTe以及Au摻雜Hg1-xCdxTe(x=0.25，x=0.5，x=0.75)的結構弛豫、電荷密度、電子局域函數(shù)、態(tài)密度和能帶結構，以分析摻雜的穩(wěn)定性和有效性。Au在三種組分的碲鎘汞中都具有一定的穩(wěn)定性，并且Au原子與第一鄰近Te原子的成鍵強度隨著組分x的增加呈現(xiàn)減弱趨勢。另一方面，Au摻雜三種組分的碲鎘汞在價帶頂端都形成了淺雜質能級，表現(xiàn)出良好的p型摻雜性質。Au原子的摻入對組分x=0.25、

5、x=0.5這兩種組分的價帶頂端作用較為明顯，更容易形成p型摻雜。此外，Au摻雜三種組分碲鎘汞的帶隙寬度與組分x之間的表現(xiàn)為近似線性關系，并擬合出二者之間的線性關系式。
　　(2)采用第一性原理計算方法計算了Bi摻雜Hg0.75Cd0.25Te的結構弛豫、電荷密度、電子局域函數(shù)、態(tài)密度、能帶結構和能帶分解電荷密度，以分析Bi摻雜的穩(wěn)定性和有效性。研究表明Bi摻雜導致的兩種缺陷結構中都具有一定的穩(wěn)定性。Bi在Hg0.75Cd0.25T