Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明，运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法？从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现？Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化？近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化；但是禁带中产生了一个杂质能级？该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此，Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小？材料活性增强，响应可见光范围达到480nm左右。