二维半导体材料的第一性原理模拟

发布时间：2017-12-05 03:14

  本文关键词：二维半导体材料的第一性原理模拟

  更多相关文章： 密度泛函原理 锗烯 卤族元素 带隙 磷烯 合金化 迁移率

【摘要】：二维材料因为其超薄的厚度决定的超短的临界沟道尺寸成为了半导体领域的热点研究材料,在对石墨烯进行广泛深入研究的同时,也引发了人们对具有非碳组成的2D类石墨烯无机材料的关注。在本论文中,我们运用第一性原理计算研究了锗烯和磷烯2D材料在微电子、光电子器件领域的应用。首先,研究了卤素原子对锗烯电子结构的调控作用。用卤素原子以共价键的形式钝化锗烯表面,破坏锗烯的离域(?)键特征,使锗烯打开一个可调控的带隙。其中,氟氯溴元素可以打开一个明显的带隙,而碘元素由于较小的相互作用,只是打破了锗烯的狄拉克特性,并未打开明显的带隙值。另外,卤化锗烯的电子结构还可以通过应变和堆叠进行进一步调控。通过压缩拉伸应变,卤化锗烯的带隙值可以得到连续调控,甚至,原本零带隙的碘化锗也可以打开带隙。随着应变从-10%增加至10%,卤化锗烯的带隙表现出先增大后减小的趋势,相继在-8%到-5%的范围内出现峰值。在将单层堆叠成双层的变化中,其带隙受到压应变导致带隙增大和层数增加导致带隙减小两方面的影响,二者竞争的结果使卤化锗烯表现出带隙增大的现象。值得一提的是,在我们的研究中,卤化锗烯始终保持着直接带隙的特征,这点对于光电领域是很有意义的。接着研究了再磷烯中掺杂锑元素的性质。单层磷烯具有合适的带隙值和并非不可利用的迁移率,但是其迁移率与现有工业领域常用的硅相比,还是较低。在掺杂锑元素过后,其电子能带结构经历了直接-间接-直接的变化过程。其中,锑浓度75%-90%的范围内,该单层材料能够兼顾到直接带隙、带隙值和迁移率三方面的应用指标,是一种较好的晶体管二维沟道材料。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304

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本文编号：1253355