铁硅化合物β-fesi2带间光学跃迁的理论研究 interband optical transitions in semiconducting iron disilicide β-fesi2.pdfVIP

第28卷第9期 半导体学报 V01．28NO．9 2007年9月 CHINESEJOURNALOFSEMICoNDUCToRS Sep．，2007 铁硅化合物[王-FeSi2带间光学跃迁的理论研究* 闫万瑶 谢 泉+ 张晋敏 肖清泉 梁 艳 曾武贤 (贵州大学电子科学与信息技术学院，贵阳550025) 摘要：采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了8-FeSi2基态的几何结构、能带结构和光学性质．能带 的3p层电子的能态密度决定；利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的p—FeSi2材料的介电函 数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质计算结果，复介电函数的计算结果表明0一FeSi2具有各向异性的性质； 吸收系数最大峰值为2．67×105cm～． 关键词：B-FeSiz；电子结构；光学特性 PACC：7125；7115H；7820D 中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：0253—4177(2007)09·1381—07 1 引言 人[61采用LMTO法，利用不同原子位上不同的原子 球半径比，得到宽为0．74eV的直接带隙．国内仅有 铁硅化合物3-FeSi。是一种新型环境半导体光 电子材料，具有光通信最适合的红外线波长 对3-FeSi。的能带结构进行了计算，得到在能带点 H处带隙宽度为0．74eV的直接能隙，在点H与 (1．55“m)，对于红外波长有很高的吸收率，理论的 A／3之间带隙值为0．71eV的间接能隙． 光电转换效率可达16％～23％．近年来3-FeSi2在 目前，尽管对3-FeSi。的电子结构进行了大量 低温下波长为1．5肛m[11和室温下波长为1。6弘mL2j 的电致发光现象被陆续报道，它作为一种潜在的高 的理论和实验研究，但是关于它的发光机理的研究 性能光电子材料再次成为科研热点，是目前最引人 报道较少，光学性质的理论研究也很少．只有 瞩目的半导体光电子材料之一． 光电子材料的光电性能主要由介电函数、折射 率、光电导率、吸收系数等表征，而这些光学常数由 费米面附近的能带结构、载流子浓度和迁移率等决 行了计算研究；而吸收系数和电子能量损失函数的 定．因此，对其能带结构的研究是关系到3-FeSiz能 否应用到光电子领域的关键问题，其能带结构的计 理论研究尚未见报道．本文采用目前计算机模拟实 验中最先进、最重要的赝势能带方法，对3-FeSiz的 算已成为计算材料领域的研究热点．Eppenga[31在 1990年采用基于第一性原理的扩展球面波方法能带结构、介电函数、吸收系数、折射率、反射率和能 量损失函数进行了全面的计算，并对其能带结构和 (ASW)对3-FeSi。的能带结构进行了计算，得到一 发光机理之间的联系进行了探讨． 个带隙宽度为0．46eV的直接带隙和一个宽为 0．44eV的间接带隙；Christensen[41在1990年采用 线性化的Muffin．Tin球轨道方法(LMTo)计算得 2理论模型与计算方法 到一个带隙宽度为0．80eV的直接带隙和一个宽为 0．77eV的间接带隙；Eisebitt等人[5]采用全电势线 2．1 理论模型 性化的缀加平面波方法(FLAPw)进行