Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ族原子掺杂对五元环石墨烯性质的影响

发布时间：2021-08-20 07:17

　　在过去的一段时间里,半导体行业得到了飞速的发展,越来越多的半导体材料在科学家的视野里展露头角。与此同时,数学家们对于五边形密铺二维空间问题的探索在物理领域中取得了进展。日前,一种以五元环为基本结构单元的二维碳材料——五元环石墨烯被发现,这种材料的力学性能较稳定,具有准直接带隙半导体特征的禁带宽度,有望取代石墨烯成为二维半导体材料。本文使用Quantum Atomistix Toolkit（ATK）软件建立五元环石墨烯晶胞模型。选用第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ族的元素硼,硅,氮三种原子对五元环石墨烯掺杂后的性质进行了研究。根据五元环石墨烯所具有的独特结构,选用了两种不同位置的替位式掺杂方式;同时为了研究掺杂浓度对于掺杂的影响,选取了4.2%和16.7%两种掺杂浓度进行研究。对于16.7%较高的掺杂浓度,实际上是对具备五元环石墨烯晶胞结构的含碳二维化合材料的一种尝试性研究。本文利用第一性原理密度泛函理论进行计算,主要讨论了两个方面的内容:1.通过软件模拟五元环石墨烯以及各类掺杂后的五元环石墨烯的晶胞结构,发现五元环石墨烯是一种具有顶层（底层）和中间层的三层褶皱状的准二维结构。根据这一结果,可以选择中间层原... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

绝缘体、导体以及半导体区别图

Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ族原子掺杂对五元环石墨烯性质的影响我们发现，半导体导带电子和价带空穴在外场作用下，都可以导电，这就是半导体与导体和绝缘体之间的区别之一。1.2.2 半导体的基本能带结构[26]在半导体中，最上面的满带称为价带，最下面的空带称为导带。导带与价带之间存在着带隙，带隙宽度我们用gE 表示，代表价带顶和导带底的能量间隙。正常温度下，导带底有少量电子，价带顶有部分空穴，半导体的导电性就是由这些电子与空穴所引起的。我们根据半导体的导带底和价带顶在k 空间是否为相同点的情况，将半导体分为两类。我们通常将导带底和价带顶在k 空间处于同一点的半导体，称为直接带隙半导体，把导带底和价带顶处于k 空间不同的点的半导体，称为间接带隙半导体。

半导体器件都是用硅半导体材料制作而成的。目前90%的微电子器件是在单晶硅片和硅基材料上制作的，而多晶硅则是制取单晶硅的唯一原料。图1.3是理论和实验相结合所得出的硅、锗在简约布里渊区中沿着[111]和[100]方向上k 状态对应的能带结构。硅锗的禁带宽度和温度有一定的关系。随着温度的升高，原子密度减小，禁带宽度也会随之减小。在0K时，硅锗的禁带宽度分别为1.17eV和0.7437eV。而禁带宽度与温度之间的关系满足如下规律图 1.3 硅和锗的能带结构


本文编号：3353068