【国际论文】掺杂镍和铱的β-Ga₂O₃的电荷转移水平和稳定性：综合混合函数研究

摘要

        该研究采用优化的混合功能 HSE(0.26,0.0) 来研究镍（Ni）和铱（Ir）掺杂在 β-Ga₂O₃ 中的掺入情况。计算了 Ni 和 Ir 在镓位点的形成能和电荷转变能级。结果表明，Ni 偏好取代八面体（Ga₂）位点，其形成能比四面体（Ga₁）位点低约 1 eV。Ni 在 Ga₂ 位点（Ni_Ga2）表现出供体和受体行为，电荷转变能级分别为(+1/0) 1.0 eV 和 (0/−1) 2.24 eV，均位于价带最高（VBM）上方。Ir 同样偏好八面体位点，表现为供体行为，电荷转变能级分别为 (+2/+1)  1.04 eV 和 (+1/0) 3.15 eV，均位于 VBM 上方。计算得到的 Ni 和 Ir 离子的电荷转变能级与最近的实验测量结果吻合，并解释了电子自旋共振研究中观察到的 Ni³⁺ 和 Ir⁴⁺ 离子浓度之间的关联。此外，Ni_Ga2 的垂直电荷转变能级分别为 2.56 eV 和 4.25 eV，Ir_Ga2 的垂直电荷转变能级为 2.91 eV 和 4.62 eV，均低于导带最小值，这与光学吸收结果一致，确认了 Ni 和 Ir 在 β-Ga₂O₃ 中取代 Ga₂ 位点的存在。这些计算结果为 Ni 和 Ir 掺杂 β-Ga₂O₃ 的行为提供了详细的理解，突显了其在光电器件中的潜在应用。

图 1. Ni_Ga 和 Ir_Ga 的形成能（eV）与费米级位置的函数关系。

图 2. 带状示意图显示了 Ni_Ga 和 Ir_Ga 缺陷的缺陷级能量。橙色行表示估计的费米能范围。

DOI：

doi.org/10.1039/D4RA09002K