二维碳化硅结构第一性原理研究

发布时间：2017-09-03 09:11

  本文关键词：二维碳化硅结构第一性原理研究

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【摘要】：自从石墨烯被制备出来,其理论和实验研究已比较完备,人们开始关注其他二维纳米材料。通过可靠的理论计算发现二维碳化硅(SiC)结构也是平面结构,是一种宽带隙的半导体。通过某些可行办法调整SiC结构带隙,对其在光电子器件中的应用具有重要影响。研究发现对于二维材料如石墨烯和BN平面,钝化会改变结构的带隙,甚至会转变为金属材料。本文首先研究了氢化和氟化对SiC结构的影响,由于SiC中含有两种原子,所以在氢化和氟化有很多选择,具体内容包括以下几个方面:一,首先我们先对SiC进行了全氢化和半氢化,对于全氢化体系我们分为在同侧全部吸氢和在不同侧进行全部吸氢。通过对计算结果的分析发现,全氢化体系依然维持原始碳化硅的半导体性质,带隙均有增大,但是结构不再是平面结构,而是发生了起伏。不同侧全氢化体系变为直接带隙半导体。对于半氢化体系,分别计算了仅在Si原子上吸氢和只在C原子吸氢,分析得到对于半氢化结构,体系从半导体变为金属。二,我们对SiC结构进行了氟化和半氟化,对于全氟化体系分为在不同侧氟化和在同侧氟化。我们发现全氟化SiC结构均为直接带隙半导体,两种结构的带隙均小于SiC结构的带隙。对于半氟化SiC结构,我们研究了只在Si原子上吸附F原子和仅在C原子吸附F原子。结果表明两种半氟化体系均为金属。三,接下来我们考虑在SiC同时吸附H原子和F原子,我们考虑了在C原子上吸附H原子同时在Si原子吸附F原子以及在Si原子上吸附H原子同时在C原子吸附F原子这两种结构。对于这两种结构我们需要考虑到两种情况,是先进行半氢化,在半氢化结构的基础上再继续氟化,还是反过来先半氟化再氢化,通过计算我们发现先半氢化结构更稳定。结果表明两种结构均变为直接带隙半导体,带隙均比SiC带隙大。我们又研究了缺陷对于SiC结构的影响,发现无论是单空位缺陷还是双空位缺陷依然是半导体,且带隙比SiC带隙均减少。单空位和双空位Si原子缺陷体系具有磁性。
【关键词】：第一性原理 纳米材料 调节带隙
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.72;O641.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-18
• 1.1.1 石墨烯的基本结构10-12
• 1.1.2 石墨烯的特性12-13
• 1.1.3 石墨烯的制备13-14
• 1.1.4 石墨烯的应用14-15
• 1.1.5 碳化硅以及其他二维结构的介绍15-17
• 1.1.6 第一性原理17-18
• 1.1.7 计算设备与相关软件18
• 1.2 研究目的与结构安排18-20
• 1.2.1 研究目的18-19
• 1.2.2 论文结构安排19-20
• 2 氢化SiC结构的研究20-29
• 2.1 全氢化SiC平面的研究20-25
• 2.1.1 计算方法21
• 2.1.2 二维SiC结构分析21-22
• 2.1.3 对SiC平面两侧氢化的研究22-24
• 2.1.4 对SiC平面同侧氢化的研究24-25
• 2.1.5 结论25
• 2.2 半氢化SiC结构研究25-29
• 2.2.1 C原子吸氢25-27
• 2.2.2 Si原子吸氢27-28
• 2.2.3 结论28-29
• 3 氟化SiC平面研究29-36
• 3.1 全氟化SiC结构的研究29-32
• 3.1.1 不同侧全氟化SiC29-31
• 3.1.2 同侧全氟化SiC31-32
• 3.1.3 结论32
• 3.2 半氟化SiC结构研究32-35
• 3.2.1 在C原子上吸氟32-34
• 3.2.2 在Si原子上吸氟34-35
• 3.3 总结35-36
• 4 SiC同时吸附H原子与F原子36-40
• 4.1 硅原子吸氢碳原子吸氟36-37
• 4.2 碳原子吸氢硅原子吸氟37-39
• 4.3 总结39-40
• 5 缺陷对SiC结构的影响40-49
• 5.1 C原子单空位缺陷41-42
• 5.2 Si原子单空位缺陷42-44
• 5.3 相邻位Si原子与C原子双空位缺陷44-45
• 5.4 非相邻位C原子双空位缺陷45-46
• 5.5 非相邻位Si原子双空位缺陷46-48
• 5.6 总结48-49
• 6 总结与展望49-50
• 6.1 总结49
• 6.2 展望49-50
• 参考文献50-56
• 致谢56-57
• 附录 硕士期间发表的论文57-58

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本文编号：784097