Теоретическое исследование влияния допирования поверхности Si (100) на сорбцию и диффузию лития | Научно-инновационный портал СФУ

Теоретическое исследование влияния допирования поверхности Si (100) на сорбцию и диффузию лития

Перевод названия: Theoretical study of Si (100) doping influence on lithium sorption and diffusion

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2015

Ключевые слова: допирование, метод функционала плотности (DFT), doping, DFT, diffusion, lithium, silicon, диффузия, литий, кремний

Аннотация: В настоящее время перспективным анодным материалом нового поколения считается кремний, поскольку он имеет самую высокую теоретическую удельную емкость (4200 мАч/г). Однако одной из проблем, препятствующих широкому использованию данного материала, является медленная диффузия лития с поверхности кремния в объем, которая может быть решена с помощью модификации поверхности кремния. Проведено моделирование поверхностных процессов сорбции и диффузии лития в допированной поверхности Si (100) с помощью метода функционала плотности. В ходе исследования допирования Si (100) одиночными атомами B, Ga, Ge выявлено, что для всех выбранных нами допантов наиболее выгодны положения замещения кремния, а не адсорбции. Энергия связи допанта с пластиной кремния ослабевает в ряду от германия к галлию. Найдено, что атом бора замещает атом третьего слоя кремния, а германий и галлий занимают положение в первом слое. Тенденция первоначальной сорбции атомов лития в канале между димерами по сравнению с чистым материалом сохраняется и при допировании одиночными атомами B, Ga, Ge. Наблюдается значительное снижение (в случае бора) и увеличение (для галия и германия) энергетических барьеров перехода атома лития по поверхности кремниевой пластины. Величины энергетических барьеров перехода L-U с поверхности в приповерхностные слои при допировании возрастают на 0,05 эВ, что свидетельствует о замедлении данной стадии. В результате работы было обнаружено, что допирование бором, галлием и германием (концентрация составляет 0,3 атомных %) поверхности Si (100) не оказывает значительного влияния на сорбционные и диффузионные параметры. Currently, silicon is the most promising anode material for a new generation of lithium-ion batteries due to its very high theoretical specific capacity (4200 mAh/g). However, one of the problems hindering the wider use of this material is the slow diffusion of lithium from silicon surface into volume that can be solved by modifying silicon surface. The simulation of surface processes of sorption and diffusion of lithium in doped Si (100) was carried out by using the density functional method. In the study Si (100) doped with single atoms B, Ga, Ge, found that the silicon replacement compared to adsorption are more profitable for all dopants. The binding energy of dopant to silicon decreases from germanium to gallium. It was found that boron atom substitutes for the third layer of silicon, germanium and gallium occupy positions in the first layer. In comparison with the pure material the trend of initial lithium sorption in the channel between silicon dimmers retain for Si (100) doped with single atoms of B, Ga, Ge. Energy barriers of lithium transition on silicon surface substantially reduce (in the case of boron) and increase (in the case of gallium and germanium). The energy barrier of transition from surface to surface layers L-U during the doping increases by 0.05 eV, this shows a moderation of the stage. According to the study, Si (100) doping with boron, gallium and germanium (concentration of 0.3 atomic %) has not significant influence on sorption and diffusion parameters.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева

Выпуск журнала: Т. 16, 3

Номера страниц: 743-749

ISSN журнала: 18169724

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева

Авторы

  • Кузубов А.А. (Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50-38)
  • Михалева Н.С. (Сибирский федеральный университет)
  • Попов З.И. (Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50-38)
  • Краснов П.О. (Сибирский государственный технологический университет)
  • Николаева К.М. (Сибирский федеральный университет)

Вхождение в базы данных

Информация о публикациях загружается с сайта службы поддержки публикационной активности СФУ. Сообщите, если заметили неточности.

Вы можете отметить интересные фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.