КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗОН И ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДИХАЛЬКОГЕНИДОВ ОЛОВА
Аннотация
Методами квантово-механического моделирования установлены зонная структура и оптические свойства объема и одного мономолекулярного слоя дихалькогенидов олова – SnS2, SnSe2 и SnTe2. Показано, что первые два соединения в объеме являются непрямозонными полупроводниками, в то время как SnTe2 – бесщелевой полупроводник. При увеличении порядкового номера атома халькогена рассмотренные соединения демонстрируют увеличение постоянных решетки и межатомного расстояния, а также уменьшение ширины запрещенной зоны с 2,4 до 0 эВ. При переходе от объемного материала к одному мономолекулярному слою структурные параметры практически не изменяются; наблюдается пропорциональный рост величины энергетического зазора, в результате чего SnTe2 становится узкозон-
ным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0,17 эВ. Из исследованных соединений наиболее интересным с точки зрения практического использования является диселенид олова SnSe2 благодаря подходящей для применения в фотовольтаике ширине запрещенной зоны (1,0–1,5 эВ) и значениям коэффициента поглощения вблизи края собственного поглощения более 105 см–1. Также большой интерес представляют тройные растворы замещения, варьирование химического состава которых позволяет изменять в широком диапазоне электронную структуру и оптические свойства материалов.
ным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0,17 эВ. Из исследованных соединений наиболее интересным с точки зрения практического использования является диселенид олова SnSe2 благодаря подходящей для применения в фотовольтаике ширине запрещенной зоны (1,0–1,5 эВ) и значениям коэффициента поглощения вблизи края собственного поглощения более 105 см–1. Также большой интерес представляют тройные растворы замещения, варьирование химического состава которых позволяет изменять в широком диапазоне электронную структуру и оптические свойства материалов.
Об авторах
В. Л. Шапошников
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Россия
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
А. В. Кривошеева
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Россия
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
В. Е. Борисенко
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Россия
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой
микро- и наноэлектроники
Россия
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой
микро- и наноэлектроники
Список литературы
1. High-efficient low-cost photovoltaics: recent developments / ed. V. Petrova-Koch, R. Hezel, A. Goetzberger. Springer-Verlag: Berlin-Heidelberg. – 2008. – Vol. 140. – 228 p.
2. Madelung, O. Semiconductors: data handbook / O. Madelung. – Springer Berlin Heidelberg, 2004. – 691 p.
3. Thermoelectrics with earth abundant elements: low thermal conductivity and high thermopower in doped SnS / Q. Tan [et al.] // J. Mater. Chem. A. – 2014. – Vol. 2. – P. 17302–17306.
4. Monodisperse SnS2 nanosheets for high-performance photocatalytic hydrogen generation / J. Yu [et al.] // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2014. – Vol. 6. – P. 22370–22377.
5. Interconnected tin disulfide nanosheets grown on graphene for Li-ion storage and photocatalytic applications / P. Chen [et al.] // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2013. – Vol. 5, N 22. – P. 12073–12082.
6. Controlled synthesis and possible formation mechanism of leaf-shaped SnS2 nanocrystals / D. Ma [et al.] // Mater. Chem. Phys. – 2008. – Vol. 111, N 2. – P. 391–395.
7. Novel synthesis and high visible light photocatalytic activity of SnS2 nanoflakes from SnCl2·2H2O and S powders / Y. C. Zhang [et al.] // Appl. Catal. B. – 2010. – Vol. 95, N 1. – P. 153–159.
8. Freestanding tin disulfide single-layers realizing efficient visible-light water splitting / Y. Sun [et al.] // Angew. Chem. Int. Ed. – 2012. – Vol. 51, N 35. – P. 8727–8731.
9. Ultrathin SnS2 nanosheets with exposed {0 0 1} facets and enhanced photocatalytic properties / R. Wei [et al.] // Acta Mater. – 2014. – Vol. 66. – P. 163–171.
10. Field effect transistors with layered two-dimensional SnS2–xSex conduction channels: effects of selenium substitution / T. Pan [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2013. – Vol. 103, N 9. – P. 093108 (5 pp).
11. High-performance top-gated monolayer SnS2 field-effect transistors and their integrated logic circuits / H. S. Song [et al.] // Nanoscale. – 2013. – Vol. 5, N 20. – P. 9666–9670.
12. Kresse, G. Efficient interactive schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furthmüller // Phys. Rev. B. – 1996. – Vol. 54, N 16. – P. 11169–11186.
13. Perdew, J. P. Generalized gradient approximation made simple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Phys. Rev. Lett. – 1996. – Vol. 77, N 18. – P. 3865–3868.
14. WIEN2k, An augmented plane wave + local orbitals program for calculating crystal properties / P. Blaha [et al.]. – Karlheinz Schwarz, Techn. Universität Wien, Austria, 2001. – 258 p.
15. Tran, F. Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential / F. Tran, P. Blaha // Phys. Rev. Lett. – 2009. – Vol. 102, N 22. – P. 226401 (4 pp).
16. Theoretical study of defect impact on two-dimensional MoS2 / A. V. Krivosheeva [et al.]. // J. Semiconductors. – 2015. – Vol. 36, N 12. – P. 122002 (6 pp).
Рецензия
Просмотров: 827
Послать статью по эл. почте 