二維半導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體領域的熱點研究材料，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、光電子器件領域的應用。
　　首先，研究了鹵素原子對鍺烯電子結構的調控作用。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，鹵化鍺烯的電子結構還可以通過應變和堆疊進行進一步調控。通過壓縮拉伸應變，鹵化鍺烯的帶隙值可以得到連續(xù)調控，甚至，原本零帶隙的碘化鍺也可以打開帶隙。隨著應變從-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，其帶隙受到壓應變導致帶隙增大和層數(shù)增加導致帶隙減小兩方面的影響，

3、二者競爭的結果使鹵化鍺烯表現(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，這點對于光電領域是很有意義的。
　　接著研究了再磷烯中摻雜銻元素的性質。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，其電子能帶結構經(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，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