单层磷化物半导体及其与金属界面的电子结构调控研究
发布时间：2021-05-31 17:21
论文从发展多功能的高性能器件对半导体材料性能多样性需求,以及半导体材料与金属电极接触势垒对器件性能限制的瓶颈出发,选择具有高电子迁移率的单层三磷化钙和单层三磷化铟为研究对象,采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法,研究了取代和空位掺杂以及引进缓冲层等对三磷化钙的电子结构、磁学和光学性质,对三磷化铟与镍接触界面电子结构和接触特性的影响。为多功能器件的制备提供重要的理论依据。主要的研究内容包括以下两方面:1. 通过取代和空位掺杂调控单层三磷化钙（m-CaP3）的电子、磁学和光学等性质。该工作主要有三个部分:（1）对m-CaP3的2×2超胞的两类P原子和Ca进行取代掺杂或引进空位,计算各体系总能量、形成能和电荷转移,获得每种掺杂体系最稳定的晶胞结构,研究掺杂元素种类（B、C、N、O和F）对m-CaP3的带隙和自旋极化特性的影响。（2）进一步在m-CaP3的1×1、3×3和4×4超胞中引进上述缺陷,分析缺陷浓度对各掺杂体系电子结构,特别是对带隙和自旋极化特性的影响。（3）研究缺陷浓度对m-CaP...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新型半导体示意图
第一章绪论5金属与半导体的接触电阻形成，当存在外加电压时形成的I-V特征曲线不再是一条直线，而是一条曲线。肖特基接触因具备整流的独特的性质，广泛应用于肖特基光电二极管中。1.3.2半导体-金属结金属与半导体接触时，往往会在接触的界面处形成肖特基势垒，这使得在制备光电探测器和场效应管等半导体器件时大大限制了器件的性能。如图1.2展示了金属与N型半导体接触前后的界面能带图，且假设此半导体无表面态，金属的功函数M大于半导体的功函数SM。图中E0为真空中电子静止的能量，χsm表示电子亲合能，即：使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。当金属与半导体相距无穷远时，两者互不干扰各为一个独立的区域，如图1.2(a)所示。当金属与半导体相互靠近并接触时，电子的亲合能χsm小于金属的功函数M，此时半导体中的载流子（电子）从高能态开始向金属转移，随着半导体中的电子不断的转移，金属和半导体的费米能级逐渐接近，当两者的费米能级达到同一能量时，两者达到平衡。虽然此时金属与半导体已经相互接触成为一个完整的体系，但是由于半导体不断的向金属转移电子，使得金属端积累了大量的电子，同时半导体上也积累了大量的空穴，两者最终处于一个动态平衡中。虽然金属与半导体整体是一个电中性的，但是金属中空穴的浓度比半导体中受主的密度要低了几个数量级，平衡后金属表面只存在一层很薄的富余负电荷，而正电荷则分布在半导体表面相当厚的一层表面层内，形成空间电荷区。图1.2金属与N型半导体接触图Fig1.2EnergybanddiagramofmetalandN-typesemiconductorcontact当载流子的扩散与漂移运动达到动态平衡时将形成一个稳定空间电荷区，形成的内建电场电势下降方向为半导体指向金属，此时，半导体表面电子能量高于?
第一章绪论7图1.3欧姆接触能带图Fig1.3Energybanddiagramofohmiccontact1.3.3二维半导体-金属结半导体与金属接触时，由于存在界面态，是否能得到欧姆接触主要取决于半导体的掺杂浓度，若重掺杂的N型半导体与金属接触时，由于载流子可以通过隧穿进行迁移，此时得到的就是低阻的欧姆接触。不同于体相半导体，单层或几层二维半导体材料只有原子层厚度。这使得表面形成的是饱和的化学键，层与层之间也通常是由范德瓦尔兹力连接。二维半导体材料与金属形成异质结时，一般会形成两类接触，在顶端界面处，沉积的金属可能会破坏原子晶格中的共价键，同时还会导致二维半导体的缺陷，此时接触面会形成费米能级劈尖和肖特基势垒，形成更高的接触阻抗。在边缘接触的位置，由于二维半导体材料无法像体相材料一样得到纯的边缘结构[30][31]，这导致了边缘接触性质与二维半导体材料的各向异性存在着密切的联系。1.3.4二维范德华异质结二维层状材料因其具有新颖的电子与光电特性和与硅基技术的高兼容性而引起了越来越多的科研工作者的关注。此外，二维材料由于每个片层都具有一个共价结合，且晶格表面不存在悬挂键，因此，两种或者两种以上的单层或少层的二维材料可以像堆积木一样，通过层间弱范德华作用力自由的堆垛形成具有独特功能的原子级平整界面的人工异质结构[32]-[34]。
本文编号：3208653
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新型半导体示意图
第一章绪论5金属与半导体的接触电阻形成，当存在外加电压时形成的I-V特征曲线不再是一条直线，而是一条曲线。肖特基接触因具备整流的独特的性质，广泛应用于肖特基光电二极管中。1.3.2半导体-金属结金属与半导体接触时，往往会在接触的界面处形成肖特基势垒，这使得在制备光电探测器和场效应管等半导体器件时大大限制了器件的性能。如图1.2展示了金属与N型半导体接触前后的界面能带图，且假设此半导体无表面态，金属的功函数M大于半导体的功函数SM。图中E0为真空中电子静止的能量，χsm表示电子亲合能，即：使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。当金属与半导体相距无穷远时，两者互不干扰各为一个独立的区域，如图1.2(a)所示。当金属与半导体相互靠近并接触时，电子的亲合能χsm小于金属的功函数M，此时半导体中的载流子（电子）从高能态开始向金属转移，随着半导体中的电子不断的转移，金属和半导体的费米能级逐渐接近，当两者的费米能级达到同一能量时，两者达到平衡。虽然此时金属与半导体已经相互接触成为一个完整的体系，但是由于半导体不断的向金属转移电子，使得金属端积累了大量的电子，同时半导体上也积累了大量的空穴，两者最终处于一个动态平衡中。虽然金属与半导体整体是一个电中性的，但是金属中空穴的浓度比半导体中受主的密度要低了几个数量级，平衡后金属表面只存在一层很薄的富余负电荷，而正电荷则分布在半导体表面相当厚的一层表面层内，形成空间电荷区。图1.2金属与N型半导体接触图Fig1.2EnergybanddiagramofmetalandN-typesemiconductorcontact当载流子的扩散与漂移运动达到动态平衡时将形成一个稳定空间电荷区，形成的内建电场电势下降方向为半导体指向金属，此时，半导体表面电子能量高于?
第一章绪论7图1.3欧姆接触能带图Fig1.3Energybanddiagramofohmiccontact1.3.3二维半导体-金属结半导体与金属接触时，由于存在界面态，是否能得到欧姆接触主要取决于半导体的掺杂浓度，若重掺杂的N型半导体与金属接触时，由于载流子可以通过隧穿进行迁移，此时得到的就是低阻的欧姆接触。不同于体相半导体，单层或几层二维半导体材料只有原子层厚度。这使得表面形成的是饱和的化学键，层与层之间也通常是由范德瓦尔兹力连接。二维半导体材料与金属形成异质结时，一般会形成两类接触，在顶端界面处，沉积的金属可能会破坏原子晶格中的共价键，同时还会导致二维半导体的缺陷，此时接触面会形成费米能级劈尖和肖特基势垒，形成更高的接触阻抗。在边缘接触的位置，由于二维半导体材料无法像体相材料一样得到纯的边缘结构[30][31]，这导致了边缘接触性质与二维半导体材料的各向异性存在着密切的联系。1.3.4二维范德华异质结二维层状材料因其具有新颖的电子与光电特性和与硅基技术的高兼容性而引起了越来越多的科研工作者的关注。此外，二维材料由于每个片层都具有一个共价结合，且晶格表面不存在悬挂键，因此，两种或者两种以上的单层或少层的二维材料可以像堆积木一样，通过层间弱范德华作用力自由的堆垛形成具有独特功能的原子级平整界面的人工异质结构[32]-[34]。
本文编号：3208653
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