新型硅、鍺及硅鍺異質結納米線應變效應的第一性原理研究及應用設計.pdf

1、納米尺寸的硅鍺材料結構，其力學性質、電學性質和力電耦合性質均受到應變效應、界面效應、組分效應、量子限制效應等微觀效應的影響。這些微觀效應的影響讓諸如納米線、納米管和納米膜之類的硅鍺納米材料表現(xiàn)出了優(yōu)秀的機電特性。本文立足于密度泛函理論，利用VASP（ViennaAb-initio Software Package）軟件包對<112>方向硅納米線、鍺納米線和徑向硅鍺異質結納米線進行了第一性原理計算研究，重點研究了不同表面重構、不同硅鍺組分

2、、不同異質結結構納米線的力學性質、電學性質和壓阻性質。本文的具體研究內容和所取得的研究結果如下:
　　(1)本文在對表面氫飽和<112>方向硅鍺異質結納米線進行研究時發(fā)現(xiàn)，氫飽和處理可以有效的抑制在表面裸露納米線中起重要作用的界面效應;不同異質結結構的氫飽和<112>方向硅鍺異質結納米線的楊氏模量和超胞長度隨硅鍺組分變化呈現(xiàn)線性變化;外部應變對氫飽和<112>方向徑向異質結納米線的間接帶隙能帶和電導率具有一定的調制作用，甚至導致帶

3、隙類型變化;氫飽和<112>方向三明治層狀硅鍺異質結納米線，由于其界面效應受到氫飽和處理的抑制，使得具有清晰異質結界面的納米線和具有混合異質結界面的納米線在應變條件下表現(xiàn)出大小相當的壓阻效應;氫飽和<112>方向核殼硅鍺異質結納米線由于核殼結構內部存在的本征應變使得其對不同類型應變的敏感度不同，但也均表現(xiàn)出可觀的壓阻系數，其中<112>方向Ge2SicoreH核殼納米線在2.5％拉應變條件下壓阻系數高達-116×10-11Pa-1，而S

4、i2GecoreH和Si1GecoreH核殼類型異質結納米線在2.5％壓應變條件下的壓阻系數可分別達到23×10-11Pa-1和65×10-11Pa-1;進行N型和P型摻雜的氫飽和<112>方向硅鍺異質結納米線在相應應變條件下同樣具有不俗的壓阻效應，但是由于氫飽和處理的限制，其壓阻特性并不比無摻雜納米線的壓阻特性優(yōu)越。
　　(2)本文在對表面裸露<112>方向核殼硅鍺異質結納米線進行研究時發(fā)現(xiàn)，在裸露<112>方向核殼硅鍺異質結納

5、米線中，楊氏模量和品格常數隨硅鍺組分變化基本呈現(xiàn)線性變化，且楊氏模量大于等尺寸的氫飽和<112>方向核殼硅鍺異質結納米線，唯有Si1Gecore納米線由于其鍺內核對單層硅外殼的撐裂作用致使其{111}和{110}側面的表面重構不牢固，納米線楊氏模量偏小;無應變條件下，Si1Gecore由于特殊的表面重構，其能帶結構表現(xiàn)出金屬特性，其余納米線表現(xiàn)出半導體特性;應變條件下，Si1Gecore的電學性質穩(wěn)定，導電性能良好，Si2Gecor則由

6、于核殼異質結納米線內部存在的本征應變，在2.5％拉應變下表現(xiàn)出優(yōu)秀的壓阻特性，壓阻系數可達260×10-11Pa-1，而Si_pure在2.5％拉應變下壓阻系數可達32.7×10-11Pa-1，且隨拉應變的增加，仍保留上升空間，Ge_pure納米線的壓阻系數在應變條件下則表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性。
　　(3)本文在對新型應變計進行研究時發(fā)現(xiàn)，利用硅鍺異質結納米線的超大壓阻效應，采用陣列硅鍺異質結納米線作為應變計敏感源，可以有效地提高應變