电场调控锗烷中的分子掺杂

摘要

锗烷，一种新型二维半导体材料，因其优异的物理化学性能受到了广泛的关注，尤其是在电子与光电子器件的设计与应用领域，如场效应管与p-n结。为了提高载流子浓度，降低界面的肖特基势垒与复现器件的电子特性，在锗烷中实现安全有效的掺杂具有十分重要的意义。本论文应用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，通过在锗烷表面吸附电子给体四硫富瓦烯分子（tetrathiafulvalene，TTF）和电子受体四氢氰基苯（tetrahydrocyanobenzene，TCNB）分子，在锗烷中实现了安全有效的n型和p型分子掺杂。　　研究结果发现，锗烷与TTF分子之间仅存在较弱的物理吸附作用。TTF分子吸附后，锗烷的结构与电子特性未发生明显变化，但TTF分子可在锗烷的能带结构中引入有效的施主能级，使吸附体系出现典型的n型掺杂效应，电子激发所需的能量为0.472eV。更为重要的是，对其施加-0.3V/?至0.3V/?的外电场时，这种n型分子掺杂的强度还可受外电场线性的调控，而锗烷本身的电子结构几乎不受影响。当外电场为-0.3V/?时，体系中电子从最高占据态激发到非占据态所需要的能量仅为0.085eV。除此之外，TTF分子与锗烷衬底间的电荷转移也能受外电场有效的调控。特别是当外加电场强度超过0.15V/?时，TTF分子甚至从锗烷衬底得到电子，变为了电子受体。而对于TCNB分子而言，当其吸附于锗烷表面时，可实现锗烷中有效的p型掺杂效应，其电子激发所需的能量为0.173eV。而这种p型掺杂效应同样可受外电场线性的调控。为进一步解释上述调控作用，通过等效电容器模型和体系能级变化,揭示了掺杂效应与电荷转移受外电场调控的机制。　　值得注意的是，这种通过锗烷表面非共价吸附分子实现的掺杂效应不会影响锗烷的结构与电子特性，不失为一种安全有效的掺杂方式，且掺杂效应还可受外电场的线性调控，这对于后续相关实验的开展具有一定的理论指导意义。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 石墨烯简介

1.2 锗烷的研究

1.3 本论文研究内容

第二章 密度泛函理论基础

2.1密度泛函理论

2.2.Thomas-Fermi模型

2.3.Hohenberg-Kohn定理

2.4.Kohn-Sham 方程

2.5.交换关联函数

2.6.VASP软件包

第三章 锗烷中的n型分子掺杂

3.1引言

3.2 计算方法与细节

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第四章 锗烷中的p型分子掺杂

4.1引言

4.2计算方法与模拟

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

硕士期间科研情况

1论文发表情况

2获得专利

3获奖情况