硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線、硅納米管力電耦合性質(zhì)的研究.pdf

1、納米線（管）因受表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等微觀效應(yīng)的影響而具有奇特的力學(xué)、電學(xué)以及力電耦合性質(zhì)，并成為未來最有潛力的納米電子器件的制作材料，從而被國際國內(nèi)的科研工作者廣泛關(guān)注。作為非極性材料，硅納米線（管）的力電耦合性質(zhì)主要表現(xiàn)為壓阻效應(yīng)。本文采用基于密度泛函理論的ViennaAb-initioSoftwarePackage(VASP)對硅納米線（管）的電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)以及壓阻性質(zhì)進行了研究。硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線有著比純硅（鍺）納米線更豐富的物

2、理特性。因此，本文也對硅鍺徑向異質(zhì)結(jié)納米線（即:核殼納米線）和軸向異質(zhì)結(jié)納米線（簡稱:異質(zhì)結(jié)納米線）的電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)以及壓阻性質(zhì)進行了研究。本文的具體研究內(nèi)容和所取得的研究結(jié)果如下:
　　(1)本文將壓應(yīng)變?nèi)樨?fù)，拉應(yīng)變?nèi)檎?。隨著應(yīng)變的減小，單胞含74個原子的硅<111>納米線費米能級附近的輕空穴帶上升，重空穴帶下降，使得重空穴帶中的空穴向輕空穴帶轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移部分的空穴有效質(zhì)量減小，從而導(dǎo)致了壓阻效應(yīng)的產(chǎn)生。計算得到在0.025應(yīng)

3、變下納米線的壓阻系數(shù)為41.3×10-11Pa-1。通過對<111>方向單胞含74個原子的鍺納米線、硅/鍺、鍺/硅核殼納米線的研究發(fā)現(xiàn):楊氏模量隨著納米線中硅組分的增加而線性增加;鍺納米線、硅/鍺、鍺/硅核殼納米線的壓阻系數(shù)絕對值均小于具有相同原子數(shù)的硅<111>納米線。鍺納米線壓阻系數(shù)受應(yīng)變的影響較小。
　　(2)研究發(fā)現(xiàn)隨著<111>方向Si13Ge61、Si25Ge49、Si37Ge37、Si61Ge13異質(zhì)結(jié)納米線中硅組分

4、的增加，楊氏模量線性增加，而Si49Ge25的楊氏模量明顯小于以上各模型。這主要歸因于Si49Ge25的表面重構(gòu)明顯不同于以上各模型。有著混合界面的Si13Ge61、Si37Ge37、Si61Ge13納米線均具有金屬屬性，且壓阻系數(shù)較小。而有著清晰界面的Si25Ge49、Si49Ge25納米線均屬于窄帶隙半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中Si25Ge49納米線是間接帶隙半導(dǎo)體，而Si49Ge25納米線則是直接帶隙半導(dǎo)體;具有清晰界面的兩個硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線

5、均具有較大的壓阻系數(shù):在-0.025應(yīng)變下，Si25Ge49納米線的壓阻系數(shù)為-42.7×10-11Pa-1，Si49Ge25納米線的壓阻系數(shù)為-98.6×10-11P-1。
　　(3)隨著直徑的減小，氫飽和硅<111>納米線能帶帶隙逐漸變大，楊氏模量逐漸減小;對于管壁厚度保持不變的氫飽和硅<111>、<110>納米管，它們的能帶帶隙以及楊氏模量都不隨著納米管外（內(nèi)）徑的變小而發(fā)生顯著變化，均保持一定的值。無論是氫飽和硅<111>