具有高载流子迁移率的二维半导体材料的设计与模拟

摘要

2004年，石墨烯的成功制备打破了二维材料不能稳定存在的传统认识，也掀起了二维材料的研究热潮。石墨烯因为具有超高的载流子迁移率，被认为是制造下一代微电子学器件的理想材料。但是石墨烯是零带隙的准金属材料，无法用于直接制备晶体管等微电子学器件。在本论文中，通过密度泛函理论研究了两种新型的无机二维半导体材料，并对它们的电学、光学和力学性质进行了详细的探究。
　　首先，基于实验上制备出二维锡烯单层材料，构建了全部氢化的锡烯-二维锡烷(SnH)。通过计算发现SnH具有1.00eV的直接带隙，并且可以通过施加外部应力进行有效的调控。SnH拥有远超单层MoS2的载流子迁移率，而且展现出非常好的热力学稳定性，因此在电子学器件领域有很好的应用前景。特别的是，SnH在可见光区和红外光区都有很强的吸收峰，由于太阳光辐射的能量主要分布在红外光区，所以SnH是更好的太阳光接收器，使其在光学器件领域有很好的应用前景。
　　此外，根据之前设计出的含有平面六配位C的二维Be2C单层结构，进一步研究了它的电子学性质和一维Be2C纳米管的性质。Be2C单层是具有直接带隙的半导体，带隙大小可以通过施加应力调节，直接带隙的本质不变，而且它的载流子迁移率也比较高。除了这些独特的性质，它在紫外光区有很强的吸收峰。因此，Be2C单层在微电子学和光学器件中有非常好的应用前景。一维Be2C纳米管具有很高的稳定性，并且其载流子迁移率也比较大，Be2C纳米管的载流子迁移率和带隙可以随纳米管的手性和直径大小而变化。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 石墨烯的研究

1．2．1 石墨烯的结构

1．2．2 石墨烯的性质

1．2．3 石墨烯的潜在缺陷

1．3 二维石墨烯类似物的研究进展

1．3．1 h-BN

1．3．2 过渡金属二硫族化合物(TMDCs)

1．3．3 磷烯

1．3．4 硅烯、锗烯、锡烯

1．3．5 二维平面碳材料

1．4 本论文研究的指导思想

参考文献

2．1 引言

2．2 量子力学基础理论

2．2．1 薛定谔方程

2．2．2 绝热近似

2．2．3 单电子近似

2．2．4 Hartree-Fock近似

2．3 密度泛函理论

2．3．1 Thomas-Fermi模型

2．3．3 Kohn-Sham方程

2．4 交换关联泛函

2．4 本论文所用计算软件包简介

参考文献

3．1 引言

3．2 计算方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 SnH的结构和电学性质

3．3．2 应力对SnH电学性质的影响

3．3．3 SnH的载流子迁移率

3．3．4 SnH的光学性质

3．4 本章小结

参考文献

第四章 Be2C单层和Be2C纳米管的计算研究

4．1 引言

4．2 计算方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 Be2C单层电子性质

4．3．2 通过外力调控Be2C单层能带结构

4．3．3 Be2C单层载流子迁移率

4．3．4 Be2C光学性质

4．3．5 Be2C纳米管结构和电学性质

4．4 结论

参考文献

第五章 总结

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢