掺杂原子对单层SnSe材料电学性质和磁学性质影响的第一性原理研究

发布时间：2017-08-11 23:17

  本文关键词：掺杂原子对单层SnSe材料电学性质和磁学性质影响的第一性原理研究

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【摘要】：随着石墨烯在实验中被成功剥离开始,因其优异的超薄导电导热性,高电子迁移率和量子霍尔效应等,像石墨烯这种层状结构的材料同样受到了越来越多的注意力。而且越来越多的二维原子层材料受到了特别的关注(如,硅烯,锗烯,锡烯,磷烯等等)。单层材料展现出了不同于体材料的电子,光学以及动力学的性质。就像V族半导体,石墨烯和锗烯,拓宽了等离子III-V族化合物的应用一样,磷烯和锡烯的发现同样拓宽了等离子IV-VI族半导体的应用。IV-VI族半导体中的SnSe具有类石墨烯的结构,这种结构表现出了特殊的性质。单层SnSe在室温下是具有斜交晶系空间点群的GeS结构,也就是扭曲的NaCl结构,是一种重要的间接带隙半导体材料。本文主要是通过DFT-PBE方法,在理论上研究了单层SnSe材料的电学性质和磁学性质,以及在单层SnSe中用III族原子(Ga,In和Tl)和V族原子(As,Sb和Bi)替代其中的金属原子Sn与用V族原子(As和Sb)和VII族原子(Br和I)替代其中的非金属原子Se后体系的电学性质和磁学性质的基本情况。并给出了清晰的图像及相关分析,从而使单层SnSe在实际中的应用有了理论方向,具有重要的实用价值。第一章,对IV-VI族半导体体材料和单层材料以及SnSe材料的简单介绍,重点介绍了SnSe的体材料和单层材料。第二章,简单的描述了第一性原理,主要对密度泛函理论中的相关概念及定理做了阐述,并对文中所用的软件包VASP与计算模型和参数的设置做了简单的介绍。第三章,对SnSe体材料和单层材料的电子性质和磁学性质做了简单的研究,对比了体材料和单层材料的相关性质。第四章,在单层SnSe的前提下,用五族原子As,Sb与Bi和三族原子Ga,In和Tl原子分别替代Sn原子,研究了掺杂体系的电学性质和磁学性质,并对六种原子掺杂后的结果进行了对比,做出了相应的解释。第五章,以单层SnSe为基础,用七族元素Br,I和五族元素As,Sb原子先后取代Se原子,同样对其掺杂体系的电学性质和磁学性质做了相应的研究,以及对比了掺杂后四种体系的不同,同样分析了出现的差别。第六章,全文总结。对单层SnSe中的Sn原子和Se原子分别用不同的元素进行掺杂。对掺杂后各个体系的电学性质和磁学性质进行了简单的分析说明。
【关键词】：单层SnSe 替代掺杂 电学性质 磁学性质
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 常见半导体简介11-12
• 1.2 IV-VI族半导体研究现状12-15
• 1.2.1 IV-VI族半导体体材料简介12-14
• 1.2.2 IV-VI族半导体二维单层材料简介14-15
• 1.3 SnSe材料的研究现状15-20
• 1.3.1 SnSe体材料的研究现状15-18
• 1.3.2 SnSe单层材料的研究现状18-20
• 2 理论方法20-28
• 2.1 第一性原理简介20
• 2.2 密度泛函理论20-23
• 2.3 交换关联能23-26
• 2.3.1 交换关联能23-25
• 2.3.2 局域密度近似与广义梯度近似25
• 2.3.3 赝势25-26
• 2.4 VASP简介26
• 2.5 本文计算所有参数26-28
• 3 SnSe体材料和单层材料研究28-34
• 3.1 SnSe体材料的相关性质28-29
• 3.2 二维单层SnSe电子性质和磁性29-32
• 3.3 本章小结32-34
• 4 V族原子As，Sb和Bi与III族原子Ga、In和Tl替代Sn原学后对单层SnSe电子性质和磁学性质的影响34-47
• 4.1 研究背景34-35
• 4.2 掺杂五族原子As，Sb与Bi对体系电学性质和磁学性质的影响35-41
• 4.2.1 As原子掺杂后体系的电学性质和磁学性质35-37
• 4.2.2 Sb原子掺杂后体系的电学性质和磁学性质37-39
• 4.2.3 Bi原子掺杂后体系的电学性质和磁学性质39-40
• 4.2.4 本节小结40-41
• 4.3 Ga、In和Tl替代Sn原子后体系的电学性质和磁学性质41-46
• 4.3.1 Ga原子掺杂后体系的电子性质和磁学性质41-42
• 4.3.2 In原子掺杂后体系的电子性质和磁学性质42-44
• 4.3.3 Tl原子掺杂后体系的电子性质和磁学性质44-45
• 4.3.4 本节小结45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 V族原子As，Sb和VII族原子Br，，I替代Se后对单层SnSe电学性质与磁学性质的影响47-52
• 5.1 研究背景47
• 5.2 As，Sb替代Se原子掺杂后体系电学性质和磁学性质的研究47-49
• 5.3 Br，I替代Se原子掺杂后体系电学性质和磁学性质的研究49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 6 全文总结52-54
• 附图和表清单54-55
• 参考文献55-60
• 个人简历与硕士期间发表论文60-61
• 个人简历60
• 硕士期间发表论文情况60-61
• 致谢61

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1 王清霞;掺杂原子对单层SnSe材料电学性质和磁学性质影响的第一性原理研究[D];郑州大学;2016年

本文编号：658681