低維硅納米材料光電性質(zhì)調(diào)控的第一性原理研究.pdf

1、硅是當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ),在諸多領(lǐng)域有著不可替代的地位,尤其是在計(jì)算機(jī)制造中。隨著摩爾定律即將走到盡頭,人們開(kāi)始尋找新的材料來(lái)維持摩爾定律。同時(shí)近年來(lái),各種低維材料被發(fā)現(xiàn)或成功制備,掀起了一股納米領(lǐng)域的研究熱潮。由于納米材料在維度上被限制,使其表現(xiàn)出很多新奇的物理和化學(xué)性質(zhì),有可能應(yīng)用于下一代納米器件。而硅材料的低維體系能完美地與現(xiàn)今硅工藝融合,因此研究其在低維時(shí)的物理及化學(xué)性質(zhì)顯得尤為重要。本論文基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,

2、系統(tǒng)地研究了一維硅納米線和二維硅烯在摻雜和表面功能化調(diào)控其光電性質(zhì)的微觀機(jī)制,主要的結(jié)果如下:
　　1.研究了硅納米線中出現(xiàn)空位的結(jié)構(gòu)及空位對(duì)n型和p型摻雜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):空位處于納米線表面時(shí)會(huì)被排除出去,中心空位能穩(wěn)定存在;存在中心空位時(shí),空位會(huì)俘獲摻雜原子,形成空位-摻雜原子缺陷對(duì);空位對(duì)硼原子摻雜形成的p型幾乎沒(méi)有影響,但會(huì)使磷原子的n型摻雜失效。
　　2.系統(tǒng)地研究了全氫鈍化的硅納米線表面懸掛鍵對(duì)p型和n型摻雜及表

3、面鈍化激活摻雜劑的微觀機(jī)制。研究表明:表面懸掛鍵會(huì)導(dǎo)致硼原子和氮原子的p型和 n型摻雜效率降低;在硅納米線表面鈍化小分子(NH3),飽和表面懸掛鍵可以激活n型摻雜劑,實(shí)現(xiàn)硅納米線的有效摻雜。
　　3.系統(tǒng)研究了氫鈍化的多層硅烯的堆垛和尺寸效應(yīng)。結(jié)果表明:氫鈍化的多層硅烯的形成能和帶隙會(huì)隨著層數(shù)的減少而增加,薄的硅烯由于大的表面積/體積比導(dǎo)致高的形成能(低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性)。隨著硅烯厚底的減小,使得硅烯的光吸收邊出現(xiàn)一個(gè)明顯的藍(lán)移。相同