基于k·p方法的二维材料能带结构及性质计算

发布时间：2024-07-06 02:22

　　二维材料是纳米电子学的新兴材料,因其新颖独特的物理和化学性质,在众多领域,如光电器件、场效应晶体管、能源等,具有极大的应用前景,已成为国内外研究的重点。磷烯作为一种具有合适带隙宽度以及高载流子迁移率的二维半导体材料,弥补了石墨烯零带隙和二维过渡金属硫化物低载流子迁移率的不足,因而备受关注。对磷烯能带结构的研究,有利于深入探索和理解其光电性质以及不同方法对其性能的调控。k·p方法是一种能带计算的半经验方法,它通过一些已知参数由微扰理论外推出布里渊区中的能带结构,常用于极值点附近能带色散关系和载流子有效质量的计算。将k·p方法应用于二维材料能带结构的计算,对拓展其应用领域具有十分重要的意义。本论文基于磷烯空间群对称性,选取了布里渊区中心的6个Γ本征态,根据微扰理论和不变量法,确定了非零的动量矩阵元,并最终建立了一个6×6的k·p矩阵模型。在二阶微扰近似下,给出了导带底和价带顶在极值点附近,沿着armchair和zigzag方向的能带色散关系以及载流子有效质量的解析模型。基于第一性原理得到的k·p矩阵模型参数值,本论文由k·p方法计算了单层磷烯的能带结构和电学性质,包括等能面、载流子有效质量...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1石墨烯晶格结构（左）及简约布里渊区（右）

[17-19]。图1.1石墨烯晶格结构（左）及简约布里渊区（右）[7]图1.2石墨烯的能带结构[20]然而，石墨烯本身并无带隙，这也就成为限制其在晶体管技术、太阳能电池、发光二极管及逻辑开关电路中应用的主要因素。近年来，双栅控制的双层石墨烯场效应晶体管、石墨烯纳米带、吸附或掺....

图1.2石墨烯的能带结构

图1.1石墨烯晶格结构（左）及简约布里渊区（右）[7]图1.2石墨烯的能带结构[20]然而，石墨烯本身并无带隙，这也就成为限制其在晶体管技术、太阳能电池、发光二极管及逻辑开关电路中应用的主要因素。近年来，双栅控制的双层石墨烯场效应晶体管、石墨烯纳米带、吸附或掺杂以及应力引入等....

图1.3单层MoS2原子结构

[37]。图1.3单层MoS2原子结构[38]因此，寻找拥有合适带隙宽度且高载流子迁移率的二维材料已经成为人们追寻的目标。2014年，中国科学技术大学的陈仙辉教授课题组和复旦大学的张远波教授课题组合作，基于厚度只有几纳米的少层黑磷晶体，成功制备出了相应的场效应晶体管器件[3....

图3.1磷烯的晶格结构

[74]。图3.1给出了单层磷烯的晶格结构。可以看出，在二维平面内两个相互垂直的方向上，P原子具有不同的排列结构。其中一个方向上的原子排列类似于锯齿状，称为zigzag方向，而另一个方向上的原子排列呈现出椅状，称为armchair方向。这一特殊的几何结构产生了两种类型的....

本文编号：4001909