Afstemmen van 2D GeP₃ halfgeleiders: Hoe valentie-elektronen van dopanten elektronische eigenschappen vormgeven

Samenvatting

Met behulp van eerste-principes berekeningen binnen de dichtheidsfunctionaaltheorie, onderzoeken we de elektronische eigenschap en stabiliteit van substitueel gedopte 2D GeP₃ monolayer met dopanten van groep III tot VI. De geleidingseigenschappen blijken dramatisch gewijzigd door zowel de dopingsites als het aantal valentie-elektronen van dopanten. Specifiek, substitutie op Ge-site vertoont metaal-halfgeleider oscillaties als functie van het aantal valentie-elektronen van dopanten, terwijl dergelijke oscillaties volledig omgekeerd zijn bij substitutie op P-site. Bovendien bestuderen we het geval van co-doping in GeP₃, wat aantoont dat co-doping een logische "EN" fenomeen kan produceren, dat wil zeggen, de geleidingseigenschappen van co-gedopte GeP₃ kunnen worden afgeleid via een eenvoudige logische relatie volgens de resultaten van enkelvoudige doping. Tenslotte onderzoeken we de formatie-energie van dopanten en vinden dat de elektron-gat en gat-gat co-gedopte systemen veel meer energetisch gunstig zijn door de Coulomb-aantrekking. Onze bevindingen presenteren niet alleen een uitgebreid begrip van het 2D doping-fenomeen, maar stellen ook een intrigerende route voor om de elektronische eigenschappen van 2D binaire halfgeleiders af te stemmen.

Inleiding

Sinds de ontdekking van grafeen [1, 2], heeft de familie van twee-dimensionale (2D) kristallen zoals overgangsmetaal-dichalcogeniden (TMDs) [3], silicene [4], germaene [5], fosforeen [6], tellureen [7], enz. grote aandacht getrokken vanwege hun unieke elektrische, optische en magnetische eigenschappen [8,9,10]. Bijvoorbeeld, grafeen gedraagt zich als massaloze Dirac-fermionen, wat leidt tot uiterst hoge ladingdrager-mobiliteit [11, 12]. Dus is het veelbelovend om het 2D kwantum-spin-Hall-effect, verbeterde thermo-elektriciteit, supergeleiding [13] en zelfs het kwantum-anomale Hall-effect [14,15,16] te ondersteunen. Gecombineerd met het groeiende aantal beschikbare kristalstructuurdatabases, zijn moderne computationele tools gebruikt om nieuw ontdekte 2D materialen te verkennen. Tot nu toe zijn meer dan 1000 2D materialen voorspeld en zijn er een aantal in experiment geproduceerd [17,18,19], wat een interessant veld wordt in natuurkunde, chemie en materiaalwetenschap. Dergelijke fundamentele studies en verkenningen van 2D materialen stimuleren ook hun grote potentiële toepassingen in het sensorisch veld [20,21,22,23,24,25].

Onlangs rapporteerden Jing et al. nieuw 2D materiaal-GeP₃ monolayer, dat hogere chemische stabiliteit heeft dan BP monolayer en uitstekende elektronische en optische eigenschappen bezit. Bovendien lijkt de 2D GeP₃ monolayer een halfgeleider-eigenschap te hebben door de sterke interlaag kwantum-confinement. Ze vonden dat de GeP₃ monolayer een matige en afstelbare bandgap van ongeveer 0,55 eV vertoont [26]. Gebaseerd op de hoge capaciteit en goede cyclische stabiliteit, wordt GeP₃ dunne film voorgesteld voor lithium-ion batterijen als veelbelovende anode [27]. Li et al. onderzochten ook de GeP₃ nanostroken en ontdekten dat de bandgaps even-oneven oscillaties kunnen vertonen met de breedte toename [28].

Doping is een praktische strategie om de elektronische en magnetische eigenschappen van de gastheer 2D-gelaagde materialen fundamenteel af te stemmen [29]. Bovendien breekt het de beperking van een enkel materiaal in de toepassingen van veel velden en apparaten. Zoals we weten, kan de 2D monolayer halfgeleider resulteren in aanzienlijk versterkte elektronen-elektronen interacties die zijn aangetoond om grote bandgap hernormalisatie en exciton te genereren vanuit zowel veel-deeltjes theoretische berekeningen als experimenten [30, 31]. Vergeleken met doping in bulk halfgeleiders, wordt doping in 2D verwacht ook een paar abnormale gedragingen te vertonen door het sterke elektronen-confinement effect, namelijk grafeen gedopt met boor of stikstof kan een kleine bandgap openen bij het Dirac-punt, en de bandgap van grafeen kan ook effectief geopend worden rond K (of K') punten door kleine BN-domeinen te introduceren [32]. Bandgaps van zwarte fosforeen tonen een oscillerend gedrag door doping van verschillende elementen met even of oneven aantallen valentie-elektronen [33, 34]. In dit werk proberen we het onderzoek van doping-elementen van groep IV-V in 2D binaire GeP₃ monolayer halfgeleider uit te breiden.

Hier hebben we systematische studies uitgevoerd van de substitueel gedopte GeP₃ monolayer met de dopanten van groep III tot VI. De elektronische eigenschappen van gedopte systemen zullen dramatisch beïnvloed worden door zowel het aantal valentie-elektronen van dopanten als de dopingsites. De kernpunten zijn (1) voor enkele dopant, zijn de resultaten gevoelig afhankelijk van de substitutiesites en de substitutie op twee soorten dopingsites zal volledig inverse resultaten produceren. (2) De geleidingseigenschappen van co-doping kunnen worden afgeleid door een logische operator door de resultaten van de enkele dopant. Daarnaast suggereren de berekende formatie-energie van verschillende typen doping dat sommigen van hen zeer energetisch gunstig zijn tegen thermische fluctuaties.

Computationele methoden

Al onze dichtheidsfunctionaaltheorie berekeningen binnen de algemene gradiëntbenadering worden uitgevoerd met behulp van het Vienna ab initio Simulation Package [35]. De uitwisselings- en correlatietermen werden beschreven met de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functioneel, en de projector versterkte golfpotentieel werd gebruikt om de elektronen-ionen interactie te beschrijven [36,37,38]. De gedopte GeP₃ monolayer werd gemodelleerd in een periodieke 2 × 2 supercel met 32 atomen, en een grotere supercel van 3 × 3 werd ook gebruikt om onze resultaten te controleren. Een vacuümruimte van ongeveer 20 Å langs de z richting werd aangenomen om de interactie tussen burenlagen te elimineren. Voor de enkele doping, werd één Ge of P atoom vervangen door een dopant van groep III (IV, V en VI). De geometrische structuren worden bepaald door te vergelijken met de gerapporteerde resultaten, inclusief roosterconstante en elektronische eigenschap van de gastheer GeP₃ monolayer. In de dopingsystemen worden alle atomen in de supercellen toegestaan te relaxeren tot de Hellmann-Feynman kracht minder dan 0,02 eVÅ⁻¹ is, maar de roosterconstanten van de oppervlaktecellen zijn vast tijdens de atoomrelaxatie. Een kinetische energiedrempel van ongeveer 600 eV en 6 × 6 × 1 k-meshes werden respectievelijk gebruikt [39].

Om de beschikbaarheid van de dopanten in de GeP₃ monolayer te controleren, wordt de formatie-energie (E_f) van dopanten X (X = groep III-VI) berekend volgens de twee volgende formules. Voor enkele dopant hebben we het volgende:

$$ {\mathrm{E}}_{\mathrm{f}}\left(\mathrm{Ge}{\mathrm{P}}_3:\mathrm{X}\right)=\mathrm{E}\left(\mathrm{Ge}{\mathrm{P}}_3:\mathrm{X}\right)-\mathrm{E}\left(\mathrm{Ge}{\mathrm{P}}_3\right)-{E}_{\mathrm{X}}+{E}_{\mathrm{i}} $$ (1)

en voor het co-doping systeem, wordt een vergelijkbare formule gebruikt:

$$ {\mathrm{E}}_{\mathrm{f}}\left(\mathrm{Ge}{\mathrm{P}}_3:\mathrm{XY}\right)=\mathrm{E}\left(\mathrm{Ge}{\mathrm{P}}_3:\mathrm{XY}\right)-\mathrm{E}\left(\mathrm{Ge}{\mathrm{P}}_3\right)-{E}_{\mathrm{X}}-{E}_{\mathrm{Y}}+{E}_{\mathrm{i}}+{E}_{\mathrm{j}} $$ (2)

waar E_f(GeP₃ : X) en E(GeP₃) de totale energien zijn van de X-gedopte en intrinsieke GeP₃ monolayer met dezelfde supercel. E(GeP₃ : XY) is de totale energien van het XY co-gedopte systeem, E_X en E_Y zijn de atomaire energien van dopanten X of Y gerefereerd aan hun overeenkomstige bulk structuren, en E_i, E_j zijn de energien van gesubstitueerde atomen waar i en j de Ge of P atoom respectievelijk aangeven [40, 41].

Resultaten en discussies

Even-oneven oscillaties voor enkelvoudige element doping systemen

Figuur 1a toont de bovenaanzicht en zijaanzicht van de structuur van de GeP₃ 2 × 2 supercel, en Fig. 1b is de corresponderende 2D Brillouin-zone van GeP₃ monolayer. De geoptimaliseerde roosterconstanten van GeP₃ monolayer zijn \( \mathrm{a}=\mathrm{b}=6,96\ {\AA} \), en de berekende bandgap is ongeveer 0,26 eV, wat in goede overeenstemming is met andere theoretische berekeningen.

Allereerst hebben we de bandstructuren geplot van enkelvoudig element-gedopte GeP₃ monolayer met een substituerend Ge atoom (hier kiezen we B, C, N, O, Al, Si, P, S, Ga, As en Se als dopanten). De resultaten worden getoond in Fig. 2a–l, respectievelijk. We kunnen duidelijk zien dat het Ferminiveau omhoog verschuift en de geleidingsbanden kruist voor groep V (N, P, As) door één meer elektronen dopant, terwijl voor groep III (B, Al, Ga) dopanten door één minder elektronen, het naar beneden verschuift en de valentiebanden kruist. Bijvoorbeeld, in Fig. 2f en j, hun valentieband maximum correspondeert net met de deeltijds bezette banden getoond in Fig. 2e en i. Echter, voor groep IV (C, Si en Ge) en VI (O, S en Se) dopanten, vanwege hetzelfde of twee meer elektronen als Ge atoom, vertonen de systemen een halfgeleiderkenmerk. Zulke afstemming van halfgeleidend naar metaal overgang stamt van de bezetting van het aantal valentie-elektronen, namelijk oneven (even) valentie-elektronen bezetting leidt tot metaal (halfgeleider) eigenschappen.

Om de geldigheid van de bovenstaande resultaten afgeleid van PBE functioneels te bevestigen, hebben we ook de hybride dichtheidsfunctionaal (HSE06) functioneels ingezet om de gedopte systemen van de bovenste rij te controleren. Het is duidelijk dat PBE functioneels inderdaad fouten in bandgaps maken door onderinschatting. Echter, in onze bestudeerde systemen hebben ze allemaal aanzienlijke gaps, wat betekent dat de fouten tussen metaal of halfgeleider eigenschappen veroorzaakt door PBE functioneels meestal niet zullen gebeuren (Dit is omdat in sommige kleine bandgaps van halfgeleiders, PBE functioneels meestal leiden tot de fout tussen geleidend en metaal eigenschappen). Bovendien, in onze studie, wat we bezorgd zijn is de metaal of halfgeleider kenmerken, in plaats van de specifieke waarden van bandgaps. Vergeleken met de gaps afgeleid van PBE functioneels, vergroten de gaps van HSE06 functioneels duidelijk.zelfs met deze, blijven de metaal-halfgeleider oscillaties intact. Daarom zijn de kerningredienten getrokken op basis van PBE functioneels betrouwbaar.

Echter, in scherpe tegenstelling, zijn de gevallen van substitueren van P atomen door dezelfde dopanten volledig omgekeerd, zoals getoond in Fig. 3a–l, respectievelijk. Dat wil zeggen, voor groep V (N, As) en groep III (B, Al, Ga) dopanten, blijven de gedopte systemen halfgeleider eigenschap, terwijl voor groep IV (C, Si, Ge) en VI (O, S, Se) dopanten, veranderen de systemen naar metaal kenmerk (hier wordt dezelfde trend ook gevonden tussen PBE en HSE06 functioneels). Dit is omdat de valentie-elektronen hetzelfde blijven (twee minder) als (dan) de intrinsieke GeP₃ voor groep V (groep III) dopanten, maar één minder (meer) elektronen voor groep IV (VI) dopanten.

Om de oscillaties van halfgeleider naar metaal eigenschappen overgang beter te presenteren, hebben we de veranderende trend van de bandgap geplott als de verschillende dopanten, zoals getoond in Fig. 4a en b, respectievelijk. Duidelijk kunnen we zien dat de overgang van halfgeleider naar metaal eigenschappen drastisch omgekeerd is. Specifiek, metaal (halfgeleider)–halfgeleider (metaal) oscillaties treden op in substitueren Ge (P) site als de dopanten variëren van groep III tot VI. Daarnaast vonden we ook een interessant fenomeen wat toont dat de magnitudo van de bandgap bijna hetzelfde blijft als intrinsieke GeP₃ monolayer wanneer de dopanten hetzelfde aantal valentie-elektronen hebben als het Ge atoom. Echter, wanneer de dopanten twee meer elektronen hebben dan het Ge atoom, verandert de magnitudo van de bandgaps relatief groter. Niettemin, voor de dopanten op P-sites, ongeacht het aantal valentie-elektronen, verandert de magnitudo van de bandgaps altijd relatief groot. Dit kan worden begrepen door het gezamenlijke effect van straal van het atoom en de beschikbare valentie-elektronen, namelijk dopanten met bijna dezelfde (kleinere of grotere) straal en valentie-elektronen als (dan) Ge atoom veroorzaken relatief kleinere (grotere) effect op de elektronische eigenschappen, zoals de bandgap. Dit betekent dat men niet alleen de oscillaties van halfgeleider-metaal overgangen kan afstemmen, maar ook de magnitudo van de bandgap kan afstemmen door juiste dopanten en de verschillende dopingsites te kiezen.

Om de veranderende elektronische structuren van verschillende dopanten in de GeP₃ monolayer te begrijpen, hebben we de partiële dichtheid van toestanden (PDOS) van intrinsieke en doping groep IV-V in GeP₃ monolayer geplott, zoals getoond in Fig. 5a–d, respectievelijk. Het kan duidelijk worden gezien dat de valentieband maximum (VBM) en geleidingsband minimum (CBM) van de GeP₃ monolayer voornamelijk afstammen van zowel p-orbitalen van Ge en P atomen. Wanneer de dopanten met hetzelfde aantal valentie-elektronen als Ge atoom, zoals C en Si, beschikbaar zijn, zullen er verontreinigingstoestanden zijn net boven de VBM van intrinsieke GeP₃ monolayer omdat het p-orbitaal energieniveau van C en Si hoger is dan dat van het P atoom (zie Fig. 5a). Daarom is de geleidingseigenschap intact en de magnitudo van de bandgap verandering is relatief klein. Echter, wanneer de dopanten één meer elektronen hebben dan het Ge atoom, zoals N, P en As, zullen er ook verontreinigingstoestanden in de bandgap zijn en de verontreinigingstoestanden stammen van de hybridisatie van splitsing CBM (dominant) en de toestanden van dopanten (zie Fig. 5b).

In tegenstelling, voor de doping op de P-site, wanneer de dopanten één minder valentie-elektronen hebben dan het P atoom zoals groep IV, zullen er verontreinigingstoestanden over het Ferminiveau zijn, en de verontreinigingstoestanden zijn samengesteld uit splitsing VBM (dominant) en de toestanden van dopanten. Terwijl, wanneer de dopanten hetzelfde aantal valentie-elektronen hebben als P atoom zoals groep V, behouden de gedopte systemen nog steeds een halfgeleiderkenmerk (zie Fig. 5c). De bandgaps worden relatief groter dan die van intrinsieke GeP₃ monolayer door de grotere mismatch van roosterconstanten. Bovendien hebben we ook waargenomen dat de bandgap van de N dopant groter is dan die van de As dopant in substitueren P atomen. Dit is omdat het p-orbitaal energieniveau van het As atoom hoger is dan dat van het N atoom, dus hoe hoger het energieniveau p-orbitaal, hoe meer de opschuiving van verontreinigingstoestanden weg van VBM (zie Fig. 5d).

Logische relaties voor co-doping systemen

Op basis van de bovengenoemde bevindingen van enkele verschillende dopanten, kunnen we daarom co-doping systemen ontwerpen om de elektronische eigenschappen te voldoen die we willen. Hier tonen we alleen de resultaten van B, C, N en O als voorbeelden om het co-doping effect te illustreren, maar de conclusie is robuust tegen de verschillende geselecteerde dopanten. Bijvoorbeeld, op de Ge-site co-doping, kunnen beide de twee dopanten met één minder valentie-elektronen van nature leiden tot halfgeleider eigenschap, terwijl voor de twee dopanten met één minder en meer aantal valentie-elektronen, de co-doping systemen dus ook een halfgeleider eigenschap kunnen hebben.

Echter, voor de twee dopanten met één minder (meer) en hetzelfde valentie-elektronen, behouden de co-doping systemen nog steeds de metaal eigenschap als één minder (meer) aantal valentie-elektronen dopanten resulterende eigenschap. Vereenvoudigd, dit idee wordt precies bevestigd door onze verdere dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) berekeningen van co-gedopte systemen, zie de resultaten in Fig. 6a–l voor de bandstructuren van B, C, N en O co-gedopte GeP₃ monolayer.

Nu kunnen we een voorbeeld logische-achtige operatie "EN" geven, metaal eigenschap instellen als "M" en halfgeleiderkenmerk als "S". We definiëren de logische relaties: M EN M = S, S EN S = S, en M EN S = M, respectievelijk. Hierin gehoorzamen deze bevindingen die we bovenaan hebben verkregen aan dergelijke logische-achtige relaties, bijvoorbeeld, de dopanten met één meer en één minder valentie-elektronen resulteren in metaal eigenschap, maar wanneer we de twee dopanten als co-doping gebruiken, zoals B en N op Ge-sites zoals getoond in Fig. 7a en b, worden de co-gedopte systemen halfgeleider eigenschap zoals verwacht zie Fig. 6c. Als we B-C co-gedopte GeP₃ monolayer systeem kiezen, presenteert het metaal kenmerk wat het geval is van M EN S (zie Fig. 4a, b). Hetzelfde voor C-N, N-O en B-O atomen co-doping in GeP₃, substitueren twee Ge atomen, twee P atomen of één Ge en P atomen, zoals getoond in Fig. 7c–f, respectievelijk.

Ten slotte hebben we de stabiliteit van zowel de enkelvoudig-gedopte systemen als co-gedopte systemen gecontroleerd om te verzekeren of ze verder in het experiment gerealiseerd kunnen worden. De formatie-energie wordt berekend met behulp van Verg. (1) en (2) voor enkelvoudige-doping en co-doping gevallen, respectievelijk. De resultaten zijn gepresenteerd in Fig. 8a–e. Uit Fig. 8a en b kunnen we duidelijk zien dat de E_f van de enkele dopanten in Ge-sites allemaal dicht bij die van GeP₃ monolayer liggen (ingesteld op nul als referentiepunt), behalve C, N en S atomen. We merkten ook op dat, voor dopanten van B, O, P, Ge en Se atomen, de formatie-energieën veel kleiner zijn dan andere dopanten, wat aangeeft dat ze heel makkelijk te doperen zijn in een experiment. Voor dopanten in de P-sites, hebben dopanten van B, O, P en Ge atomen relatief kleinere formatie-energie en zijn ze ook makkelijk te doperen. C, N, Al en Ga zijn niet makkelijk te doperen.

Wat betreft de formatie-energie van co-doping, zijn Fig. 8c–e de formatie-energie van co-doping waar twee dopanten de posities van twee Ge atomen innemen (aangeduid als Ge-Ge sites), twee P atomen (aangeduid als P-P sites), één Ge en één P atoom (aangeduid als Ge-P sites), respectievelijk. Hier tonen we alleen de resultaten van dopanten van B, C, N en O als voorbeeld. Voor Ge-Ge sites en P-P sites kan de formatie-energie van co-doping ruwweg worden geschat door het gemiddelde van de formatie-energieën van enkelvoudige-element doping apart. Duidelijk, voor BB, BO en OO co-doping in Ge-Ge sites en BB, BO, NO en OO co-doping in P-P sites, zijn de formatie-energieën relatief klein en kunnen gemakkelijk in het experiment gerealiseerd worden. Echter, voor CC, CN en NN co-doping in Ge-Ge sites en CC en CN co-doping in P-P sites, zijn de formatie-energieën relatief groter, wat aangeeft dat ze moeilijk te doperen zijn in experiment. Voor Ge-P sites co-doping, zoals getoond in Fig. 8e, wordt de formatie-energie complexer dan Ge-Ge of P-P sites co-doping omdat er ladingsoverdracht is tussen de dopanten. In ieder geval, hebben BB, BO en OO co-doping de kleinere formatie-energieën, terwijl CC, CN en NN co-doping grotere formatie-energieën hebben. In het algemeen hangt de formatie-energie sterk af van het aantal valentie-elektronen van dopant. Specifiek, wanneer de twee dopanten met één minder (meer) elektronen dan de gesubstitueerde atomen, is de formatie-energie van co-gedopt systeem lager (hoger) dan die van de corresponderende enkele dopanten zoals BB (NN) co-gedopte Ge-sites. Dit is omdat er concurrentie bestaat tussen de verlaagde (verhoogde) energie van verminderde (verhoogde) elektronen van gedopte systemen en Coulomb-afstoting. Voor de gat-gat co-doping, is de energie van het eerste geval veel groter dan het laatste geval, wat resulteert in de aanzienlijk verlaagde formatie-energie in co-doping systemen zoals BB, terwijl voor de elektronen-elektronen co-doping, leiden zowel het eerste als het laatste geval tot hogere formatie-energie zoals NN. Echter, voor gat en elektronen co-gedopte systemen zoals BN co-gedopte Ge-sites is de formatie-energie dramatisch lager dan de corresponderende enkelvoudig-gedopte gevallen. Dit is omdat in zo'n co-gedopt systeem, er geen energiewinst is van netto toegevoegde of verminderde elektronen in de systemen, en de Coulomb-interactie een beslissende rol speelt in het vormen van co-gedopte dopanten. Alles bijeengenomen, rekening houdend met onze eerdere studies van elementdoping in zwarte fosforeen, moet worden opgemerkt dat onze huidige studies een zekere mate van universaliteit hebben en verwacht worden toe te passen op andere 2D halfgeleider monolagen, zoals BN, MoS₂, enz.

Tot slot, om de stabiliteit van de bovenstaande gedopte systemen te controleren vergeleken met het ongedopte geval, hebben we de AIMD (ab initio moleculaire dynamica) uitgevoerd om de energie vs tijd te tonen, zoals getoond in Fig. 9a–f. We kunnen duidelijk zien dat de trillingsamplitude convergent zal zijn zolang de tijd lang genoeg duurt (~ 4 ps), wat impliceert dat de gedopte systemen niet instorten tegen thermische fluctuaties tot 300 K voor C-gedopte GeP₃ in Fig. 9a. Zelfs voor de meest actieve C atoom-gedopte GeP₃, kan de extreme temperatuur tot 300 K zijn, zoals getoond in Fig. 9c. Bovendien nemen we ook metaal Al substitutie op Ge-site als voorbeeld, het berekende resultaat wordt getoond in Fig. 9e en f, waaruit we duidelijk kunnen zien dat de energietrillingsamplitude geleidelijk afneemt met de tijd die duurt, wat betekent dat de energie convergent kan zijn zolang de tijd lang genoeg duurt en de structuur van het gedopte systeem thermisch stabiel is tegen thermische fluctuaties. Daarom kunnen we verwachten dat dergelijke gedopte systemen in verdere experimenten gerealiseerd kunnen worden gegeven de hoge-kwaliteit GeP₃ monolayer is bereid.

Ten slotte willen we de betrouwbaarheid van onze hier gepresenteerde studie bespreken. Onze conclusies die hier gepresenteerd worden zijn theoretisch voorspelde resultaten maar zijn zeer betrouwbaar. Dit is omdat ons gastheermateriaal dat hier gebruikt wordt is gerapporteerd en zijn bulkfase van gelaagd GeP₃ al bestaat [26]. Dus onze bestudeerde doping-geïnduceerde gerelateerde fenomenen moeten verder bevestigd worden in het experiment zodra monolayer GeP₃ verder gerealiseerd is. Dan kan doping van de corresponderende atomen uitgevoerd worden. Voor de eenvoud, kan doping elektronen of gaten in monolayer GeP₃ gerealiseerd worden door de adsorptie van sommige moleculen.

Conclusie

Samengevat, hebben we de elektronische eigenschappen van groep III tot VI dopanten in 2D GeP₃ monolayer onderzocht en vinden dat de gedopte GeP₃ met substitutie op Ge-site metaal-halfgeleider oscillaties vertoont als functie van het aantal valentie-elektronen van dopanten, terwijl dergelijke oscillaties omgekeerd zijn met substitutie op P-site. Op basis van de resultaten van enkele dopanten, konden we de geleidingseigenschappen van co-doping in GeP₃ voorstellen, die kunnen worden verkregen door een eenvoudige logische operatie. Tenslotte berekenen we de formatie-energieën van verschillende dopanten en vinden dat sommige van de co-gedopte systemen, met name voor de elektronen-gat en gat-gat co-doping, meer energetisch gunstig zijn vanwege de Coulomb-aantrekking. Onze bevindingen presenteren niet alleen een nieuw fenomeen, maar stellen ook een intrigerende route voor om de elektronische eigenschappen in 2D binaire halfgeleiders af te stemmen.