Al掺杂对Mg_2Si介电性质影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征Mg_2Si和Al掺杂Mg_2Si的形成能、电子结构和介电函数.结果表明,Al掺杂Mg_2Si后,Al以替位杂质(Al替Mg位,即AlMg)或填隙杂质(Al位于晶胞间隙位,即Ali)的形式进入Mg_2Si晶格.费米能级进入导带,体系呈n型导电.掺杂后体系的介电函数的实部和虚部在低频时比未掺杂时均增大,主要是由于晶格中的施主杂质Al离子束缚着附近的过剩电子,在外加交变电场的作用下,束缚在Al离子周围的电子要克服一定的势垒不断地往复运动造成松弛极化和损耗.另外,掺杂体系相对于未掺杂体系,介电函数的虚部在0.5 eV附近出现了一个额外的介电峰,该峰主要是由电子从价带跃迁到Al杂质能级引起的.计算结果为Mg_2Si基光电子器件的设计和应用提供了理论依据.     

Mg_2Si薄膜的光敏电阻特性研究

采用磁控溅射技术、退火工艺和丝网印刷技术,在N-Si(111)(ρ1000Ω·cm)衬底上分别溅射厚度为360nm、400nm、440nm、480nm、520nm、560nm的Mg膜,制备一系列Mg_2Si薄膜,然后在其上印刷叉指Ag电极、经烧结制备光敏电阻.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光谱响应测试系统、半导体器件分析仪和光照响应测试系统对样品的晶体结构、表面形貌、光谱响应、I-V特性以及亮暗电阻进行表征和分析.结果表明:成功制备出单一相Mg_2Si薄膜,且在晶面(220)处出现最强衍射峰;随着薄膜厚度增加,样品衍射峰强度先增加后减小,薄膜表面连续性和致密性良好;在波长为900nm~1200nm范围内光敏电阻表现出良好的光谱响应特性;光电流强度先增加后减小;Mg膜厚度为480nm时光电流强度最大.I-V特性始终呈一条直线,表明其间具有良好的欧姆接触;在光强为1mW/cm~2、波长为1100nm的光照下,亮电阻和暗电阻均随着Mg薄膜厚度增加先减小后增加,Mg薄膜厚度为480nm时,相应的光敏电阻阻值最小且此时的暗电阻、亮电阻比值为1.43×10~3,具有较好的灵敏度.