非简谐振动对半导体基外延石墨烯热电效应变化规律的影响

发布时间：2021-03-19 02:43

　　本文建立了半导体基外延石墨烯的物理模型,考虑原子的非简谐振动,研究了它的杂化势以及热电势随化学势和温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动对热电效应的影响.对硅基外延石墨烯热电势的研究结果表明:简谐近似下,杂化势与温度无关;只考虑到第一非简谐项,杂化势随温度升高而增大;同时考虑到第一、第二非简谐项,则杂化势随温度升高而减小.在给定温度下,外延石墨烯的热电势随化学势的变化在化学势为0处不具左右对称性,且在化学势为±0.25eV附近有突变;给定化学势时,外延石墨烯热电势与单层石墨烯相似,均随温度升高而非线性减小,但外延石墨烯的值大于单层石墨烯的值;与简谐近似相比,非简谐效应会减小外延石墨烯热电势的值但减小量很小.非简谐效应对热电势的影响随温度的升高而缓慢增大,大小在0.23%～0.25%之间. 

【文章来源】：四川大学学报(自然科学版). 2020,57(06)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图２石墨烯原子的横振动Ｆｉｇ．２Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅａｔｏｍｓ面轴转过角度θ（很小）时Ｖ的变化，即可求得横

作用能为Ｖ－．３外延石墨烯的杂化势以及电子准能级半宽度和移动函数杂化势Ｖ是电子在杂化轨道中的平均相互作用能，它与两原子杂化轨道重叠区域的大小成正比．按照固体物理理论，碳的杂化轨道的电子云最大方向指向正四面体的四个角．设碳原子Ａ的一个杂化轨道的电子云最大方向为正ｘ方向，而碳原子Ｂ指向负ｘ方向，平衡时，系统能量最小，由于电子能量取决于两个原子的杂化轨道波函数重叠程度，最大重叠对应的能量最小，极限情况可设为是两个原子的杂化轨道在ｘ方向完全重合（图３ａ），此时两原子的距离为平衡时的键长ｄ０．由于原（ａ）（ｂ）图３碳ｓｐ２杂化轨道的平衡时分布（ａ）和振动时的分布（ｂ）Ｆｉｇ．３Ｂａｌａｎｃｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｓｐ２－ｈｙｂｒｉｄｏｒｂｉｔａｌ（ａ）ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ（ｂ）９５１１

、ε′１＝－０．４５３９×１０１２Ｊ·ｍ－３、ε′２＝０．０６６６×１０２２Ｊ·ｍ－４．由此求得同时考虑到径向和横向振动的简谐系数ε－０＝（ε２０＋ε′２０）１／２以及第一和第二非简谐系数ε－１＝－（ε２１＋ε′２１）１／２，ε－２＝（ε２２＋ε′２２）１／２．而按文［７］，Ｖ０＝２ｅＶ．将这些数据代入（５）式求得αｌ，再代入（６）式，得到杂化势Ｖ随温度的变化如图４．图中的０、１、２分别是简谐近似、只考虑到第一非简谐项、同时考虑到第一、第二非简谐项的结果．图４Ｓｉ基外延石墨烯杂化势随温度的变化Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎｐｏ－ｔｅｎｔｉａｌｏｆＳｉ－ｂａｓｅｄｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒａｐｈｅｎｅ由图４看出：简谐近似下，杂化势与温度无关（线０）；只考虑到第一非简谐项，Ｖ随温度升高而增大（线１）；同时考虑到第一、第二非简谐项（线２），则杂化势在随温度升高而减小．温度愈高，非简谐与简谐近似的值的差愈大，即非简谐效应愈显著．５．２半导体基外延石墨烯的热电势随化学势的变化按照文［７，２２］，取γ＝０．００１ｅＶ，ｔ＝２．８ｅＶ，求得μ＝６．５２６ｅＶ．文献［２３］给出硅（Ｓｉ）的晶格常数ａ＝５．４３０×１０－１０ｍ，求得原胞体积Ω＝２０．０１２９×１０－３０ｍ３．而硅（Ｓｉ）的ｍＣ＝０．９２ｍ０，ｍＶ＝０．１９ｍ０，Ｅｇ（０）＝１．１７ｅＶ．将自

【参考文献】：
期刊论文
[1]非简谐振动对石墨烯杨氏模量与声子频率的影响[J]. 程正富,郑瑞伦.  物理学报. 2016(10)
[2]电子-声子相互作用对平行双量子点体系热电效应的影响[J]. 吴海娜,孙雪,公卫江,易光宇.  物理学报. 2015(07)



本文编号：3089120