硅基納米異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)機(jī)理及其電磁性質(zhì)調(diào)控.pdf

1、本文利用密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，主要對(duì)硅基納米異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)機(jī)理及其電磁性質(zhì)調(diào)控進(jìn)行相關(guān)研究。
　　首先，本文基于第一性原理深入探討了硅烯/硅烷，硅烯/鍺烷的界面生長(zhǎng)和電子特性。通過(guò)異質(zhì)結(jié)層間結(jié)合能的計(jì)算，我們所建構(gòu)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)型的層間結(jié)合能在-50～-70 meV/atom之間，表明上述構(gòu)建的結(jié)構(gòu)均為范德華作用力異質(zhì)結(jié)。通過(guò)能帶計(jì)算，基于硅烯和襯底之間由于在位能的不同誘使對(duì)稱性破缺，使得異質(zhì)結(jié)的能帶均打開了帶隙，且能保持線性

2、能帶色散關(guān)系。我們通過(guò)能帶工程進(jìn)行了層間距和雙軸應(yīng)力的調(diào)控，異質(zhì)結(jié)的帶隙呈現(xiàn)打開和閉合的邏輯電路關(guān)系。綜上所述，硅烯/硅烷，硅烯/鍺烷異質(zhì)結(jié)的設(shè)計(jì)將為未來(lái)高效的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用提供一條嶄新的思路。
　　接下來(lái)，對(duì)鍺烯/鍺烷異質(zhì)結(jié)的幾何參數(shù)和電子特性進(jìn)行研究。通過(guò)計(jì)算我們分析出鍺烯在鍺烷襯底上生長(zhǎng)保留了鍺烯的線性狄拉克錐的特性同時(shí)打開了帶隙。值得注意的是，我們通過(guò)施加電場(chǎng)和雙軸應(yīng)力實(shí)現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)的帶隙調(diào)控，同時(shí)該異質(zhì)結(jié)也保持著低電子

3、有效質(zhì)量和高載流子遷移率的特性，為鍺基微電子器件的研究應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　拓?fù)浣^緣體材料現(xiàn)已成為凝聚態(tài)物理研究的重要領(lǐng)域。拓?fù)浣^緣體材料具有受時(shí)間反演對(duì)稱性保護(hù)的邊緣態(tài)以及體態(tài)為絕緣態(tài)。然而該領(lǐng)域所研究的結(jié)果中出現(xiàn)了制約該種材料實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸是很難找到寬帶隙的拓?fù)浣^緣體材料。我們利用密度泛函理論，首創(chuàng)性提出用有機(jī)官能團(tuán)分子乙炔基及其鹵族衍生物修飾錫烯的拓?fù)浣^緣體材料，即SnC2X(X=H, F, Cl, Br, I)，發(fā)

4、現(xiàn)他們呈現(xiàn)寬體態(tài)帶隙的量子自旋霍爾效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)， SnC2Cl，SnC2Br，SnC2I三種結(jié)構(gòu)的為本征拓?fù)浣^緣態(tài)，同時(shí)體態(tài)帶隙為0.2 eV；剩下的SnC2H，SnC2F兩種結(jié)構(gòu)，在施加雙軸拉伸應(yīng)力的情況下，能夠呈現(xiàn)拓?fù)湎嗟霓D(zhuǎn)變。同時(shí)，上述結(jié)構(gòu)具有無(wú)能隙的螺旋邊緣態(tài)，呈現(xiàn)出無(wú)能量耗散的導(dǎo)電通道，得到的拓?fù)洳蛔兞?Z2=1也證明了自身具有拓?fù)鋺B(tài)的特性。所研究的結(jié)構(gòu)能夠在寬帶隙 BN襯底材料依然具有拓?fù)涮匦?。這些研究發(fā)現(xiàn)為新型二維拓?fù)浣^

5、緣體的研究起到推動(dòng)作用。
　　最后，III-V族化合物在自旋電子學(xué)領(lǐng)域和量子計(jì)算領(lǐng)域具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。利用量子自旋霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)能耗導(dǎo)電通道的電子輸運(yùn)成為我們找尋二維寬帶隙拓?fù)浞瞧接箲B(tài) III-V族化合物關(guān)鍵所在。我們基于第一性原理理論預(yù)測(cè)了一系列功能化修飾銻化鉈材料(TlSbX2;(X=H, F, Cl, Br, I))，這些材料是具有寬帶隙(0.22～0.40eV)的量子自旋霍爾效應(yīng)絕緣體。這些材料的拓?fù)浞瞧接箲B(tài)是基于