电场调控锗烷中的分子掺杂

发布时间：2024-03-16 07:13

　　锗烷,一种新型二维半导体材料,因其优异的物理化学性能受到了广泛的关注,尤其是在电子与光电子器件的设计与应用领域,如场效应管与p-n结。为了提高载流子浓度,降低界面的肖特基势垒与复现器件的电子特性,在锗烷中实现安全有效的掺杂具有十分重要的意义。本论文应用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过在锗烷表面吸附电子给体四硫富瓦烯分子(tetrathiafulvalene,TTF)和电子受体四氢氰基苯(tetrahydrocyanobenzene,TCNB)分子,在锗烷中实现了安全有效的n型和p型分子掺杂。研究结果发现,锗烷与TTF分子之间仅存在较弱的物理吸附作用。TTF分子吸附后,锗烷的结构与电子特性未发生明显变化,但TTF分子可在锗烷的能带结构中引入有效的施主能级,使吸附体系出现典型的n型掺杂效应,电子激发所需的能量为0.472eV。更为重要的是,对其施加-0.3V/?至0.3V/?的外电场时,这种n型分子掺杂的强度还可受外电场线性的调控,而锗烷本身的电子结构几乎不受影响。当外电场为-0.3V/?时,体系中电子从最高占据态激发到非占据态所需要的能量仅为0.085eV。除此之外,TTF分子...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1.（a）石墨烯几何结构[2]（b）3D石墨烯能带结构[3]

电场调控锗烷中的分子掺杂1第一章绪论1.1石墨烯简介2004年石墨烯的发现[1]，掀起了一场二维材料的研究热潮。石墨烯是一种由碳原子构成的六角蜂巢状的二维材料，其结构如图1-1（a）所示。其中a1，a2为石墨烯原胞的晶格矢量，每个原胞中包含两个C原子，分别位于A和B的子格上[2]....

图1-2.（a）锗烯的几何结构[9]（b）考虑自旋轨道耦合效应时锗烯的能带结构[9]

电场调控锗烷中的分子掺杂3还可以控制氢化比率，且氢化过程还具有可逆性。2010年，LewYanVoon团队通过理论计算发现，全氢化锗烯（即锗烷）是一个直接带隙为1.50eV的二维半导体材料[14]；次年Houssa等人利用密度泛函理论也对全氢化的锗烯进行了研究，其带隙约为1.40....

图1-3.（a）CaGe2到锗烷的拓扑转变示意图[16]（b）CaGe2晶体（在1mm网格上）[16]（c）锗烷晶体[16]

电场调控锗烷中的分子掺杂11格尺寸为3×3×1。通过共轭梯度法驰豫锗烷，直到每个原子上的受力都小于0.02eV/，并且能量收敛到10-5eV。通过使用Grimme半经验校正的DFT-2方法[71]来修正范德瓦尔斯（vdW）相互作用，这种方法可以很好地描述衬底和吸附物之间的范德瓦尔....

图1-4.（a）锗烷的DRA光谱[16]（b）利用HSE06方法计算的锗烷的能带

工程硕士专业学位论文12别为顶位T位（分子中心位于凸起的Ge原子上方），空位H位（分子中心位于六边形中心上方），桥位B位（分子中心位于两个相邻Ge原子的中点上方）和谷位V位（分子中心位于凹陷的Ge原子上方），再考虑到TTF分子的对称性和锗烷中的两个子晶格结构，所以实际上在锗烷表面....

本文编号：3929301