類石墨烯二維納米材料電子結構性質的研究.pdf

1、材料是時代的符號，人類社會的進步與材料的發(fā)展息息相關。2004年，科研人員首次通過機械剝離的方法制得石墨烯，其獨特的電子結構和優(yōu)異的電子性質，使得它在很多領域表現(xiàn)出良好的應用前景，并得到科研人員的廣泛關注。但是，石墨烯固有帶隙為零、極低的電流開關比和自旋軌道耦合強度小等特點，使得它很難與現(xiàn)代電子工業(yè)結合起來，從而促進研究者對類石墨烯二維納米材料的探索。電子結構和性質是研究材料的基礎，因此對類石墨烯二維納米材料電子結構性質的研究就很有必要

2、。
　　硅烯，鍺烯和石墨烯相比，具有更好的帶隙調控性以及和硅基半導體的良好兼容性；BN，具有良好的穩(wěn)定性以及導熱性能、潤滑性和強度較高的特點，在納米材料上具有良好的應用前景；磷烯，是最熱門的新型二維納米材料之一，天生的直接帶隙p型半導體材料，具有較大的帶隙和較高的電子遷移率，并且?guī)兑卓?，在晶體管、太陽能電池和光學器材上都具有較好的應用前景。因此，本文主要通過硅烯、BN、鍺烯和磷烯四種種類石墨烯材料的改性（主要包括缺陷，摻雜和吸附

3、等），研究相關的電子結構性質。
　　隨著量子力學相關理論的完善和數值算法的成熟，第一性原理計算方法在研究類石墨烯等二維納米材料具有很重要的地位。本文主要運用基于密度泛函理論的第一性原理的計算方法，研究了拓撲缺陷（48缺陷）對Zigzag型和Armchair型（Z型和A型）硅烯納米帶電子性質的影響。研究發(fā)現(xiàn)原始為金屬特性的硅烯在48缺陷引入后使得Z型硅烯納米帶顯示為直接帶隙半導體特性，而A型硅烯納米帶為間接帶隙半導體。另外，增加48

4、缺陷的缺陷濃度，發(fā)現(xiàn)Z型硅烯納米帶又由半導體特性轉變?yōu)榻饘偬匦?。同時研究了在沿X軸方向外加電場時，相同尺寸晶胞的理想硅烯納米帶和48缺陷硅烯納米帶的電子結構性質，發(fā)現(xiàn)隨著電場強度的增加理想硅烯納米帶的帶隙先打開，然后增加，最后減小直到帶隙為零，呈現(xiàn)一個倒U型。而48缺陷的硅烯納米帶在施加外電場時直接由半導體特性變?yōu)榻饘偬匦浴?br>　　此外，對BN納米帶的碳鏈摻雜和鍺烯關于磷的線性摻雜進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)隨著摻雜碳鏈數的增加，BN納米帶

5、在最終變?yōu)槭┘{米帶的過程中，Z型BN納米帶會先后經歷絕緣體-半導體-金屬特性；而A型BN納米帶會由開始的絕緣體特性到半導體特性再過渡到金屬特性，最終變?yōu)榘雽w特性。鍺烯中關于磷的橫向摻雜，納米帶都保持了原來的金屬特性；而當磷鍺烯中縱向摻雜時，其納米帶帶隙打開，都展現(xiàn)為直接帶隙且?guī)洞笮》謩e為0.128eV，0.262eV和0.284eV。
　　最后，研究了磷烯雙分子層吸附有機分子苯的電子性質。雙分子層自身的堆疊方式有不同，吸附