铯-铅共掺杂碘化铟晶体的电子结构与光学性质研究

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碘化铟以其禁带宽度大,原子序数较高,电阻率较大且具有较大的载流子迁移率-寿命积的特点,成为近年来核辐射探测领域的研究热点之一。目前,关于碘化铟的研究多集中在碘化铟纯度和内在缺陷对其核探测性能的影响,而晶体掺杂也是调制材料电子结构,改善材料性能的一种有效方法。基于以上背景,本文使用基于第一性原理的Materials Studio软件对Cs掺杂碘化铟晶体、Pb掺杂碘化铟晶体以及Cs、Pb共掺杂碘化铟晶体的电子结构和光学性质进行了计算和分析。首先,使用Materials Studio软件中的CASTEP模块建立了纯碘化铟超原胞模型,并进行结构优化。在结构优化成功的基础上,建立了不同Cs掺杂浓度的模型,计算了掺杂体系的能带结构、态密度、差分电荷密度和吸收光谱,分析了掺杂后禁带宽度增大的原因。其次,在纯碘化铟超原胞模型的基础上,建立了不同Pb掺杂浓度的碘化铟超原胞模型,结构优化成功后计算了掺杂体系的最小光学带隙、态密度、差分电荷密度和相对自由电子浓度。分析了掺杂后电子有效质量和电导率的变化情况,解释了吸收系数减小的原因。最后,在纯碘化铟超原胞模型的基础上,替位掺杂相同浓度的Cs原子和Pb原子,计算了掺杂体系的禁带宽度、态密度和吸收光谱。分析了In0.75Cs0.125Pb0.125I超原胞的禁带宽度小于纯碘化铟禁带宽度的原因。计算了In0.75Cs0.125Pb0.125I超原胞进入导带的相对电子数浓度,分析了In0.875Pb0.125I体系电导率与In0.75Cs0.125Pb0.125I体系电导率的大小关系。计算了In0.75Cs0.125Pb0.125I超原胞的最小光学带隙,解释了吸收系数减小的原因。
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