二維半導(dǎo)體材料的第一性原理模擬.pdf

1、二維材料因為其超薄的厚度決定的超短的臨界溝道尺寸成為了半導(dǎo)體領(lǐng)域的熱點研究材料，在對石墨烯進行廣泛深入研究的同時，也引發(fā)了人們對具有非碳組成的2D類石墨烯無機材料的關(guān)注。在本論文中，我們運用第一性原理計算研究了鍺烯和磷烯2D材料在微電子、光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　首先，研究了鹵素原子對鍺烯電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。用鹵素原子以共價鍵的形式鈍化鍺烯表面，破壞鍺烯的離域Π鍵特征，使鍺烯打開一個可調(diào)控的帶隙。其中，氟氯溴元素可以打開一個明顯

2、的帶隙，而碘元素由于較小的相互作用，只是打破了鍺烯的狄拉克特性，并未打開明顯的帶隙值。另外，鹵化鍺烯的電子結(jié)構(gòu)還可以通過應(yīng)變和堆疊進行進一步調(diào)控。通過壓縮拉伸應(yīng)變，鹵化鍺烯的帶隙值可以得到連續(xù)調(diào)控，甚至，原本零帶隙的碘化鍺也可以打開帶隙。隨著應(yīng)變從-10％增加至10％，鹵化鍺烯的帶隙表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，相繼在-8％到-5％的范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值。在將單層堆疊成雙層的變化中，其帶隙受到壓應(yīng)變導(dǎo)致帶隙增大和層數(shù)增加導(dǎo)致帶隙減小兩方面的影響，

3、二者競爭的結(jié)果使鹵化鍺烯表現(xiàn)出帶隙增大的現(xiàn)象。值得一提的是，在我們的研究中，鹵化鍺烯始終保持著直接帶隙的特征，這點對于光電領(lǐng)域是很有意義的。
　　接著研究了再磷烯中摻雜銻元素的性質(zhì)。單層磷烯具有合適的帶隙值和并非不可利用的遷移率，但是其遷移率與現(xiàn)有工業(yè)領(lǐng)域常用的硅相比，還是較低。在摻雜銻元素過后，其電子能帶結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了直接-間接-直接的變化過程。其中，銻濃度75％-90％的范圍內(nèi)，該單層材料能夠兼顧到直接帶隙、帶隙值和遷移率三方面的