【其他论文】内在缺陷对不同表面处理的二维 β-Ga₂O₃ 的结构、电子和光学性质的影响

        由西南石油大学的研究团队在学术期刊 Materials Today Chemistry 发布了一篇名为 Influence of intrinsic defects on the structural, electronic and optical properties of 2D-β-Ga₂O₃ with Varying surfaces（内在缺陷对不同表面处理的二维 β-Ga₂O₃ 的结构、电子和光学性质的影响）的文章。

摘要

        为满足未来人工智能芯片及高效低功耗设备的需求，探索二维（2D）宽禁带半导体材料在不同表面结构下的电子与光学性质内在缺陷至关重要，尤其对于神经网络芯片、集成电路、光探测器及高性能气体传感器等应用。本研究采用第一性原理方法，对二维（2D）β-Ga₂O₃ 的三种表面结构（A1：Ga 暴露表面，A2：Ga 和 O 共面，A3：O 暴露表面）中的 O 和 Ga 空位形成能、电子结构及光学性质进行了研究。研究结果表明，表面缺陷不会改变体材料的带隙，仅引入表面态和缺陷能级。表面态的能隙仅适用于表面局域电子，而体材料的带隙保持不变。其中，A1 和 A3 表面的 Ga 空位导致表面态形成 0.125 eV 的能隙（该能隙是表面电子的局部跃迁势垒，与体带隙无关）。而 A2 表面的 O₂ 和 Ga₂ 空位引入缺陷能级，从而提升电子迁移率。在 A1 和 A3 表面，由于仅存在一种原子，内在缺陷更易形成，且其表面原子（Ga 或 O）缺陷在低能态下形成。然而，对于 A2 表面，O 和 Ga 原子的共定位导致 Ga 空位的形成能较高，使其更难形成。此外，光学性质表明 A2 表面具有更强的紫外线吸收能力，而所有三种体系均可增强可见光吸收，这是由于存在 O(1)、O(2)和 Ga(1)空位。这些发现表明，具有内在缺陷的二维 β-Ga₂O₃ 可优化用于神经网络芯片、集成电路、可见光光探测器及高性能气体传感器等应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2025.102946