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Scientific Reports volume 12、記事番号: 12978 (2022) この記事を引用

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三元系 Cd0.25Zn0.75Se 合金の光電子特性は、密度汎関数理論を使用した修正 Becke-Jhonson ポテンシャル内で、0 ～ 25 GPa の範囲の高圧の影響下で報告されています。 この合金は立方体対称性を持ち、機械的に安定しており、圧力とともに体積弾性率が上昇します。 これは、圧力の上昇とともにバンドギャップ エネルギーが 2.37 eV から 3.11 eV に増加する直接バンドギャップ材料であることが観察されます。 圧力により光学的および電子的特性が変化し、吸収係数が上昇し、可視の緑から紫の光が吸収されます。 静的誘電率と静的屈折率は両方とも圧力の影響下で増加します。 誘電率、光伝導率、屈折率、消衰係数、反射などの光学定数も調査および議論されます。 この DFT 予測は、さまざまな圧力で動作する宇宙用太陽光発電および光電子デバイスの製造における CdZnSe 半導体合金の使用に関する重要な研究の方向性を探ります。

最新技術の使用は継続的にさらなる技術革新につながり、三元合金の急速な成長、新たな応用分野や技術の進歩により、いくつかの科学技術的課題が生じています。 組成を調整し、圧力効果を引き出すことにより、II ～ VI 族の半導体の特性を、スペクトル範囲全体にわたって機能するよく知られた市販の光電子デバイスでの特定の用途に合わせて調整することができます1。 これらの合金の直接バンドギャップは、組成と圧力の影響下で調整可能なバンドギャップにより、オプトエレクトロニクス産業や太陽光発電産業など、数多くの興味深いデバイス用途で重要な役割を果たしています2。 可変波長光検出器、発光ダイオード、光センサー、太陽電池、宇宙太陽光発電、および有機材料ベースの同様のデバイスはすべて、これらの三元合金の可能な用途です2、3、4、5、6、7、8。

CdZnSe 三元合金は非常に興味深いものであり、安定性が高くバンドギャップが広いため、フォトルミネッセンス、光導電性、および発光デバイスの製造に使用するのに魅力的であることがわかっています9、10、11、12。 CdZnSe 半導体の薄膜は、構造、誘電体、および磁気特性を研究するために、分子線エピタキシー (MBE)13、電着 14、真空蒸着 15、および化学浴堆積 (CBD) 技術 12 によって合成されてきました。 これらの研究は、構造特性 16、17、誘電特性 18、磁気特性 19 について行われています。 CdZnSe 量子ドットの合成は Loghina らによっても報告されています。 そこで彼らは、2.27 eV20 の直接バンドギャップを測定しました。 理論的には、電子的および光学的特徴は、CASTEP コード 21 内で圧力処理を行わない平面波擬ポテンシャル アプローチを使用して研究されています。一方、三元系 Cd0.25Zn0.75Se 半導体の熱力学特性は、0 ～ 20 ℃の温度範囲の理論モデル内で研究されています。 Quantum Expresso ソフトウェア 22 を使用して、それぞれ 1000 K と 0 ～ 10 GPa の圧力。 電子的特性や構造的特性を含む、大気圧での特定の物理的特性も、第一原理法を使用して分析されています23。

私たちの理解によれば、選択した三元 Cd0.25Zn0.75Se 合金の挙動には重大な欠点があり、適切な情報が不足しているため、高圧の影響下での光電子特性を調査することになりました。 この研究は、高圧の影響下で発生する根本的な物理現象を理解するための光電子特性と分析に関する理論的情報を提供することに焦点を当てています。 構造特性の関係と高圧下での安定性が初めて調査され、議論されています。 本研究では、mBJ ポテンシャル内の DFT 法を併用して、異なる静水圧における三元系 Cd0.25Zn0.75Se 半導体の弾性、電子、機械、光学特性を調査しました。 これは、高圧の影響下でのこの材料の光電子特性を調査するための最初のステップです。