完全氫吸附的氮化硼薄膜的物性研究.pdf

1、自從2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)之后，原子尺度薄膜材料便引起了科技界的廣泛興趣。在這樣的（準(zhǔn)）二維材料中，一些新穎的現(xiàn)象不斷被發(fā)現(xiàn)，如常溫下量子霍爾效應(yīng)以及一些量子拓?fù)洮F(xiàn)象等。石墨烯所具有的超高載流子遷移率使得它對(duì)下一代電子輸運(yùn)器件的極具應(yīng)用價(jià)值。然而，它的金屬性卻限制了它在邏輯電子器件中的應(yīng)用。繼石墨烯之后，氮化硼單層膜是另一種被發(fā)現(xiàn)的（準(zhǔn)）二維材料。單層氮化硼是一種絕緣體，使得它也不能應(yīng)用于電子輸運(yùn)器件，如場(chǎng)效應(yīng)晶體管。如果我們能找到一種

2、方法來(lái)調(diào)控這些原子尺度薄膜材料的能隙，如使石墨烯轉(zhuǎn)變成半導(dǎo)體或者減小氮化硼的能隙至半導(dǎo)體范圍，將是十分有意義的。
　　本文利用基于密度泛函理論的第一原理計(jì)算軟件系統(tǒng)研究了完全氫吸附氮化硼薄膜材料的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，并重點(diǎn)研究了在外加垂直電場(chǎng)下的電子結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明：氮化硼薄膜吸附氫原子后原子平面發(fā)生皺褶，原子成鍵方式轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3雜化軌道。多層氮化硼有多種構(gòu)型方式，其中堆積方式對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不大，層間以B-N成鍵的結(jié)合最為穩(wěn)定。單

3、層時(shí)帶隙為4.57eV，隨著層數(shù)的增加逐漸減小并最終在n=4時(shí)關(guān)閉，從而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體。對(duì)各層全附氫氮化硼施加垂直電場(chǎng)后，帶隙隨外加電場(chǎng)的增加而呈近線性地遞增。最重要的是，帶隙的電場(chǎng)調(diào)制作用隨層數(shù)增加而越來(lái)越明顯，并且在很大的范圍內(nèi)是直接帶隙，這對(duì)于電子學(xué)和光電子學(xué)方面的應(yīng)用都極具重要價(jià)值。
　　我們進(jìn)一步應(yīng)用緊束縛模型方法討論上述現(xiàn)象。緊束縛模型中所用參數(shù)是以文獻(xiàn)中相關(guān)數(shù)據(jù)作為初始值，并與第一原理計(jì)算結(jié)果進(jìn)行擬合得到。我們計(jì)算了能帶