【摘要】 SnSe单分子层的化学掺杂:第一性原理计算

SnSe是一种重要的IV-VI半导体化合物，其价电子与V族黑磷是等电子的，形成了与V族黑磷相似的正交对称结构，层内为锯齿状双层平面，层间为弱范德华力。剥解的二维SnSe单层膜已被广泛研究。热电性能优异，具有化学稳定性、无毒、地球丰度等优点。大量的调查主要集中在掺杂SnSe单层,目的是提高热电转换效率的ZT。此外,分层SnSe的间接带隙0.9 eV和1.3 eV的直接带隙,导致大量在主要的阳光下吸收光谱;因此，它是光电探测器和太阳能电池的理想选择。虽然通过掺杂对二维纳米材料性能调控的研究正在全面展开，但到目前为止，关于SnSe单分子层化学掺杂，特别是p型和n型掺杂诱导的电子和磁性的研究报道很少。一方面，我们用N、P、As/F、Cl、Br/O、S、Se原子取代Se，分别模拟了SnSe单层的p-/n-/等电子掺杂;另一方面，通过在Sn空位中引入Li、Mg、Al来模拟重金属的掺杂。结果表明，SnSe的n型电导率很难实现，但通过P原子置换可以实现有效的P型电导率。此外，上述阴离子掺杂体系都是非磁性的，而金属Al掺杂可以成功地引入磁性，磁矩为1.00 μB。

 

利用第一性原理计算，系统地研究了单分子层中Se位非金属掺杂和Sn位金属掺杂。结果表明:对于非金属掺杂，P原子具有较低的生成能和较浅的受体能级，是一种很有前途的P型掺杂源。然而，随着F/Cl/Br原子的取代，n型电导率将不利于实现，因为它们诱导了较深的供体水平;对于金属掺杂，Al原子为体系引入磁性，掺杂剂(Li, Mg, Al)修饰可拓宽光吸收范围。这些结果有望为实现SnSe单分子层的化学掺杂提供良好的参考。

 

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