Si、Ge在摻雜石墨烯上吸附的第一性原理研究.pdf

1、自2004年首次制造出石墨烯以來(lái),它獨(dú)特的電子特性在微電子領(lǐng)域和基礎(chǔ)物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值,石墨烯已經(jīng)成為了備受矚目的國(guó)際前沿和熱點(diǎn)。本文基于密度泛函理論(DFT)第一原理計(jì)算方法,研究了空位缺陷和替位摻雜對(duì)石墨烯電子性質(zhì)和磁性的影響及摻雜對(duì)Si或Ge在石墨烯上吸附的影響。
　　 我們用贗勢(shì)(USPP)方法對(duì)石墨烯晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,得到了晶格常數(shù)a=2.468(A),這與實(shí)驗(yàn)值2.46(A)符合的很好。本文所有計(jì)算都采用此優(yōu)

2、化得到的晶格常數(shù)值。在此基礎(chǔ)上研究了Si、Ge在石墨烯上吸附的形成能與覆蓋度的關(guān)系,在低覆蓋度(1/32ML到1/18ML)時(shí),相應(yīng)的形成能變化較小,高覆蓋度(1/18ML到1/2ML)時(shí),相應(yīng)的形成能隨著覆蓋度的增加而增大,這是由于隨著吸附原子Si或Ge之間距離的減小,原子之間的吸引作用增大,體系能量降低。
　　 研究了單空位缺陷和B摻雜對(duì)石墨烯電子性質(zhì)的影響及單空位和B摻雜缺陷對(duì)Si在石墨烯上吸附的影響。通過(guò)計(jì)算缺陷的形成能

3、得到,單空位缺陷結(jié)構(gòu)不易形成,B摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)相對(duì)較穩(wěn)定,其中B摻雜提高了石墨烯體系的導(dǎo)電性能。吸附Si后,Si原子在完整石墨烯上吸附的穩(wěn)定位置為橋位,Si的吸附改變了石墨烯中C原子的電子自旋性質(zhì)?？瘴蝗毕莺虰摻雜均增強(qiáng)了Si在石墨烯上的吸附,與B摻雜相比,空位缺陷對(duì)Si在石墨烯上吸附的影響較大。另外Si在空位缺陷和B摻雜石墨烯上吸附,體系不顯示磁性。
　　 研究了空位、B和N摻雜對(duì)Ge在石墨烯上吸附的影響。Ge原子在完整、B摻

4、雜和N摻雜石墨烯上吸附的穩(wěn)定位置為橋位?？瘴辉鰪?qiáng)了Ge在石墨烯上的吸附,相比于其它三個(gè)體系,空位對(duì)Ge在石墨烯上吸附的影響最大?？瘴蝗毕蒹w系具有磁性,Ge吸附后此體系磁性消失。B和N摻雜石墨烯分別為p型摻雜和n型摻雜,這兩種缺陷體系不具有磁性。B摻雜增強(qiáng)了Ge在石墨烯上的吸附,而N摻雜對(duì)Ge的吸附幾乎沒(méi)有影響。Ge吸附在B摻雜和N摻雜石墨烯后,體系均具有磁性,這主要是由(3e的p電子軌道引起的。
　　 比較和分析了Ge在Al、S

5、i、P摻雜石墨烯上吸附(分別用AG、SG、PG表示)的影響。Al、Si和P摻雜石墨烯后襯底C原子位置發(fā)生了變化,且Si,P原子摻雜比Al摻雜石墨烯容易;Ge在不同摻雜體系的吸附位置不同,AG體系穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)為Ge吸附在Al的正上方,SG體系和PG體系Ge原子分別吸附在最近鄰碳原子偏頂位和頂位最穩(wěn)定;Al、si、P摻雜增強(qiáng)了Ge在石墨烯上的吸附,其中Al摻雜對(duì)Ge在石墨烯上吸附的影響最大,P摻雜次之,Si摻雜最小;Ge吸附AG體系和SG體