第五主族碘化物单层及范德华异质结光电性质的第一性原理研究
发布时间：2021-02-17 13:50
随着器件尺度不断缩小,块状硅晶不再适合作为未来晶体管的沟道材料。另一方面,在清洁能源领域硅基太阳能电池的能量转换效率正接近其理论极限。因此寻找可替代硅的低维半导体材料已成为当前凝聚态物理和半导体工业亟需解决的问题。二维（2D）单层材料与范德华（vdW）异质结由于具有优异的物理性质,被视作是下一代电子、光电子与能量转换器件中理想的候选材料。第五主族碘化物AI3（A=As,Sb和Bi）是一种层状本征半导体材料,具有可调的电学与光学性质,在Y射线探测器、固体电池与光子学器件具有广泛的应用前景。本论文主要通过第一性原理计算方法,研究了第五主族碘化物AI3（A=As,Sb）二维单层、SbI3/BiI3及AsI3/SbI3范德华异质结的几何结构、稳定性、电子结构、光学性质和光催化性质,计算了基于范德华异质结的激子型太阳能电池的能量转换效率,并通过改变层间距和外加电场对体系电子结构与能量转换效率进行调控。另外,我们还研究了单层过渡金属二硫化物的弯曲模量。具体包括:（1）我们系统地研究了第五主族碘化物AI3（A=As,Sb）二维单层的结构、稳定性、电子结构以及光学性质。研究发现AI3（A=As,Sb）...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）块体的六方晶格（ａ）与三方晶格（ｃ）以及布里渊区（ｄ）；在布里渊区??中所选的高对称路径为ｒ－Ｌ－Ｚ－ｒ－Ｆ－Ｚ
??层结构的声子谱。如图３．３所示，在布里渊区中没有发现虚频的存在，预示着??ＡＩ３单层结构动力学稳定。??表４．１采用多种方法计算得到的ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）块体与单层结构的晶格常数。??ＡｓＩ３?Ｓｂｌ３??ｅｘｐ．?ＰＢＥ?ＰＢＥ＋ＳＯＣ?ＯｐｔＢ８８－ｖｄＷ?ｅｘｐ．?ＰＢＥ?ＰＢＥ＋ＳＯＣ?ＯｐｔＢ８８－ｖｄＷ??块体结构??ａ?（Ａ）?７．２０８?７．３３５?７．３３１?７．１６８?７．４８０?７．６７３?７．６９１?７．４６８??ｃ（Ａ）?２１．４１５?２２．４３５?２２．６４２?２０．２７?２０．９?２２．８８３?２２．９３２?２０．７５３??单层结构??ａ?（Ａ）?－?７．３３１?７．３６４?７．１５８?－?７．６７３?７．６８７?７．４５??注：参考文献［８８］中的实验结果列在表中用于对照。??（ａ）?＾?９?（ｂ）?Ｍ?Ｋ??／￣Ｔ７＼??／?１?／?＂Ｘ??（！??Ｗ?０?＼．．．?．／??４?＞＞?ａ?＼?／??图３．２单层ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）的晶体结构（ａ）与布里渊区（ｂ）。黑色实线与红色虚线分别表示六角??晶胞与矩形晶胞。??１７??
我们只采用ＰＢＥ与ＰＢＥ＋ＳＯＣ方法对ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）化合物的电子结构进行研宄。??我们的计算结果表明块体与单层均为间接带隙半导体，且单层结构的带隙大小要??大于块体的带隙大小（图３．４与图３．５）。ＰＢＥ方法预测块体Ａｓｌ３的ＣＢＭ位于Ｚ??到ｒ之间，而对于Ｓｂｌ３来说则位于Ｚ点。当考虑自旋轨道耦合效应时，两个块??体的ＣＢＭ都移到了?ｒ点。对于两个单层结构，两种计算方法均给出它们的ＣＢＭ??位于ｒ点的结果。??我们进一步研究了这四个不同体系的态密度。如图３．６和图３．７所示，ＶＢＭ??附近的态多数被Ｉ－５ｐ轨道占据，少数被Ａ－ｓ轨道占据。而Ｉ－５ｐ与Ａ－ｐ轨道在ＣＢＭ??附近的态显示出较强的杂化。为了进一步揭示单层结构在光电器件上的应用前景，??我们进一步计算了单层ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）的光吸收性质。吸收边与它们的能带值对??应，我们的结果表明它们对可见光是部分吸收，沿着ｚ方向的吸收边要大于沿着??ｙ?（ｘ）方向的吸收边
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electronic structures and elastic properties of monolayer and bilayer transition metal dichalcogenides MX2（M= Mo,W;X= O,S,Se,Te）:A comparative first-principles study[J]. 曾范,张卫兵,唐壁玉. Chinese Physics B. 2015(09)
本文编号：3038076
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）块体的六方晶格（ａ）与三方晶格（ｃ）以及布里渊区（ｄ）；在布里渊区??中所选的高对称路径为ｒ－Ｌ－Ｚ－ｒ－Ｆ－Ｚ
??层结构的声子谱。如图３．３所示，在布里渊区中没有发现虚频的存在，预示着??ＡＩ３单层结构动力学稳定。??表４．１采用多种方法计算得到的ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）块体与单层结构的晶格常数。??ＡｓＩ３?Ｓｂｌ３??ｅｘｐ．?ＰＢＥ?ＰＢＥ＋ＳＯＣ?ＯｐｔＢ８８－ｖｄＷ?ｅｘｐ．?ＰＢＥ?ＰＢＥ＋ＳＯＣ?ＯｐｔＢ８８－ｖｄＷ??块体结构??ａ?（Ａ）?７．２０８?７．３３５?７．３３１?７．１６８?７．４８０?７．６７３?７．６９１?７．４６８??ｃ（Ａ）?２１．４１５?２２．４３５?２２．６４２?２０．２７?２０．９?２２．８８３?２２．９３２?２０．７５３??单层结构??ａ?（Ａ）?－?７．３３１?７．３６４?７．１５８?－?７．６７３?７．６８７?７．４５??注：参考文献［８８］中的实验结果列在表中用于对照。??（ａ）?＾?９?（ｂ）?Ｍ?Ｋ??／￣Ｔ７＼??／?１?／?＂Ｘ??（！??Ｗ?０?＼．．．?．／??４?＞＞?ａ?＼?／??图３．２单层ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）的晶体结构（ａ）与布里渊区（ｂ）。黑色实线与红色虚线分别表示六角??晶胞与矩形晶胞。??１７??
我们只采用ＰＢＥ与ＰＢＥ＋ＳＯＣ方法对ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）化合物的电子结构进行研宄。??我们的计算结果表明块体与单层均为间接带隙半导体，且单层结构的带隙大小要??大于块体的带隙大小（图３．４与图３．５）。ＰＢＥ方法预测块体Ａｓｌ３的ＣＢＭ位于Ｚ??到ｒ之间，而对于Ｓｂｌ３来说则位于Ｚ点。当考虑自旋轨道耦合效应时，两个块??体的ＣＢＭ都移到了?ｒ点。对于两个单层结构，两种计算方法均给出它们的ＣＢＭ??位于ｒ点的结果。??我们进一步研究了这四个不同体系的态密度。如图３．６和图３．７所示，ＶＢＭ??附近的态多数被Ｉ－５ｐ轨道占据，少数被Ａ－ｓ轨道占据。而Ｉ－５ｐ与Ａ－ｐ轨道在ＣＢＭ??附近的态显示出较强的杂化。为了进一步揭示单层结构在光电器件上的应用前景，??我们进一步计算了单层ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）的光吸收性质。吸收边与它们的能带值对??应，我们的结果表明它们对可见光是部分吸收，沿着ｚ方向的吸收边要大于沿着??ｙ?（ｘ）方向的吸收边
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electronic structures and elastic properties of monolayer and bilayer transition metal dichalcogenides MX2（M= Mo,W;X= O,S,Se,Te）:A comparative first-principles study[J]. 曾范,张卫兵,唐壁玉. Chinese Physics B. 2015(09)
本文编号：3038076
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3038076.html
