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三元半导体Si<sub>1-x</sub>Ge<sub>x</sub>C（x=0、0.25、0.50、0.75、1）的电子结构、力学及光学性质

DOI：10.1080/14786435.2018.1563310 期刊：Philosophical Magazine 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了锗含量递增的碳化硅电子结构。分析了立方闪锌矿相与六方相两种不同结构间的稳定性差异，发现常压下所有Si1-xGexC半导体碳化物均以闪锌矿结构为稳定相。研究了锗替代碳化硅中硅元素对电子及力学性能的影响：实验观测到立方相SiC为带隙值1.243 eV的半导体材料；随着锗掺杂比例增加，SiC带隙值相应提升——Si0.75Ge0.25C、Si0.50Ge0.50C、Si0.25Ge0.75C和GeC的带隙值分别为1.322 eV、1.413 eV、1.574 eV和1.657 eV。压力升高时，Si1-xGexC（X=0,0.25,0.50,0.75,1）体系能隙呈现减小趋势。其弹性常数满足玻恩-黄昆弹性稳定判据，同时计算了体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等参数，并与其他研究结果进行了对比分析。
作者： M. Manikandan，A. Amudhavalli，R. Rajeswarapalanichamy，K. Iyakutti
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用第一性原理计算研究碳化硅中硅被锗取代对三元半导体Si1-xGexC电子结构、力学性能和光学性质的影响。

研究成果

在碳化硅中用锗替代硅会增大带隙并改变机械与光学性能。闪锌矿结构在常温条件下稳定，这些材料因光学特性而呈现半导体行为，有望应用于紫外光探测器及光伏器件。未来工作可包括这些材料的实验合成与测试。

研究不足

该研究基于采用密度泛函理论的计算机模拟，其中交换关联泛函可能存在近似性。未提供实验验证，且结果仅限于所考虑的特定成分和相态。光学性质分析局限于紫外区域，实际应用可能需要进一步的实验测试。

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