Manifestation of Point Defects in the Electronic Structure of Hg3Te2Cl2 Crystals

Within the score of the density functional theory, we investigate the impact of point defects on the electronic structure of Hg3Te2Cl2 crystals, by using the supercell model [2×2×1]. The ab initio calculations for defect-free and defective Hg3Te2Cl2 crystals in the LDA approximation are performed for the first time, by using the quantum-chemical software package SIESTA. The studied crystal possesses an indirect band gap. According to the analysis of the obtained data, the indirect gap is equal to 2.628 eV, while the direct gap is 2.714 eV. The influence of vacancy defects on the conductive and optical properties of Hg3Te2Cl2 crystals is discussed in detail. The tellurium and chlorine vacancy defect states indicate the presence of additional energy levels below the bottom of the conduction band edge. We have shown that only tellurium vacancies produce the additional energy levels in a vicinity of the valence band maximum. It is found that the presence of point defects in Hg3Te2Cl2 changes the direction of optical transitions. Therefore, the defective crystal is a direct gap semiconductor. The satisfactory agreement with the experimental data is obtained.

Представлено результати розрахункiв в рамках теорiї функцiонала густини для дослiдження впливу точкових дефектiв на електронну структуру кристалiв Hg3Te2Cl2 з використанням моделi суперкомiрки [2×2×1]. Вперше проведено ab initio розрахунки для бездефектних та дефектних кристалiв Hg3Te2Cl2 в наближеннi локальної густини, використовуючи квантово-хiмiчний програмний пакет SIESTA. Дослiджуваний кристал є непрямозонним напiвпровiдником. Згiдно з аналiзом отриманих даних, величини непрямого та прямого переходiв становлять 2,628 еВ та 2,714 еВ вiдповiдно. Вплив дефектiв вакансiй на провiднi та оптичнi властивостi кристалiв Hg3Te2Cl2 обговорюється в деталях. Дефектнi стани вакансiй телуру та хлору створюють додатковi енергетичнi рiвнi нижче дна зони провiдностi. Результати дослiдження показують, що тiльки вакансiї телуру створюють додатковi енергетичнi рiвнi в околi вершини валентної зони. Встановлено, що присутнiсть точкових дефектiв в кристалах Hg3Te2Cl2 змiнює напрямок оптичних переходiв i тому дефектний кристал є прямозонним напiвпровiдником. Одержано задовiльне узгодження з експериментальними даними.