Розрахунок забороненої зони фази Si₃MnS у суперкомірці (1Х1Х3) та експериментальне визначення забороненої зони Si<MnS>
Анотація
У статті представлені результати квантово-хімічного розрахунку гіпотетичної структури Si3MnS, що являє собою «гібрид» кубічної решітки кремнію Si та сфалериту ZnS. Для подальшого дослідження та розрахунку обрана решітка Si з алмазною структурою, масштабована до надкомірки (1X1X3). Було зроблено кілька припущень щодо найбільш ймовірних місць заміщення домішкових атомів S та Mn у кристалічній решітці Si. Очікується, що відповідна фаза Si3MnS утворюється в першій координаційній оболонці. Для квантово-хімічних розрахунків було використано пакет програм Quantum ESPRESSO для розрахунків електронної структури з перших принципів та моделювання матеріалів. Розрахована заборонена ширина забороненої зони фази Si3MnS у надкомірці (1Х1Х3) виявилася 1,14 еВ. Також було виміряно вольт-амперні характеристики зразків Si<Mn,S> з p-n переходом, застосовуючи метод температурного сканування при двох порівняно низьких і майже суміжних температурах з метою визначення експериментального значення енергії забороненої забороненої зони. Як вихідні матеріали для експериментів використовувалися оригінальний монокристалічний кремній n-типу (легований фосфором, питомий опір 100 Ом·см) та монокристалічний кремній p-типу (легований бором, питомий опір 1 Ом·см). Була зроблена спроба провести порівняльний аналіз значень забороненої ширини забороненої зони, визначених як під час квантово-хімічних розрахунків густини електронних станів фази Si3MnS, так і під час експериментальних вимірювань. Ретельні квантово-хімічні розрахунки «гібридних» структур типу IV/III-V та IV/II-VI у кубічній решітці кремнію та експериментальні вимірювання можуть пролити світло на можливість розробки високопродуктивних структур для майбутніх сонячних елементів на основі монокристалічного кремнію.
Завантаження
Посилання
M.K. Khakkulov, A.Sh. Mavlyanov, O.E. Sattarov, N.A. Akbarova, and Kh.K. Kamalova, “Formation of Binary Compounds of Impurity Atoms of Sulfur and Zinc in Silicon,” Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 60(6), 826–830 (2024). https://doi.org/10.3103/S106837552470042X
L. Jiang, T. Aoki, D.J. Smith, A.V.G. Chizmeshya, J. Menendez, and J. Kouvetakis, “Nanostructure-Property Control in AlPSi3/Si(100) Semiconductors Using Direct Molecular Assembly. Theory Meets Experiment at the Atomic Level,” Chem. Mater 26, 4092-4101 (2014). https://doi.org/10.1021/CM500926Q
J. Kang, J.-S. Park, P. Stradins, and S.-H. Wei, “Nonisovalent Si-III-V and Si-II-VI alloys: Covalent, ionic, and mixed phases,” Physical Review B 96, 045203-1-045203-5 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.045203
Y. Tang, T. Chen, and S. Yu, Chem. Commun. 51, 9018–9021 (2015). https://doi.org/10.1039/c5cc01700a
J.A. Pople, “Quantum-Chemical Models,” Advances in Physical Sciences, 132(3), 349-356 (2002). https://doi.org/10.3367/UFNr.0172.200203f.0349
B.B. Gaibnazarov, G. Imanova, Sh.T. Khozhiev, I.O. Kosimov, I.Kh. Khudaikulov, Sh.K. Kuchkanov, F.K. Khallokov and I.R. Bekpulatov, “Changes in the Structure and Properties of Silicon Carbide under Gamma Irradiation,” Integrated Ferroelectrics, 237(1), 208-215, (2023). https://doi.org/10.1080/10584587.2023.2239097
K.S. Daliev, Sh.B. Utamuradova, J.J. Khamdamov, M.B. Bekmuratov, O.N. Yusupov, Sh.B. Norkulov, and Kh.J. Matchonov, “Defect Formation in MIS Structures Based on Silicon with an Impurity of Ytterbium,” East Eur. J. Phys. (4), 301-304 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-33
Sh. B. Utamuradova, A. Sh. Mavlyanov, Sh. A. Sobirova, and O. E. Sattarov, “Hybrid Secondary Structure of Manganese and Sulfur in Silicon,” Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 61(5), 633–636 (2025). https://doi.org/10.3103/s1068375525700681
Авторське право (c) 2025 Ш.Б. Утамурадова, Ш.Х. Далієв, А.Ш. Мавлянов, Ф. Юлдашев
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
