基于石墨烯的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制的研究.pdf

1、RIIIIIIIIHIIHIIIIIHI學(xué)號(hào)1402183008分類號(hào)0469河南衙鈺大孝碩士學(xué)位論文基于石墨烯的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制的研究學(xué)科、專業(yè)研究方向申請(qǐng)學(xué)位類別申請(qǐng)人指導(dǎo)教師：物理學(xué)、凝聚態(tài)物理：低維半導(dǎo)體物理：理學(xué)碩士：薛斌：夏從新教授二。一七年四月摘要lIUlIIIIIIIIIIIIIIIiilY3261822自從2004年英國科學(xué)家安德烈蓋姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫從石墨片上成功剝離出石墨烯以來。石墨烯因其獨(dú)特的物理

2、和化學(xué)特性，例如，整數(shù)量子隧道效應(yīng)、超大的理論比面積，優(yōu)異的導(dǎo)電特性和超高的電子遷移率及高的楊氏模量，成為了21世紀(jì)最具潛力的二維納米材料。此外，也正是由于石墨烯的發(fā)現(xiàn)，在材料科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)引起了二維材料研究熱潮。然而，二維材料雖然擁有體材料無法比擬的優(yōu)異特性，但是它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中卻存在著許多限制。以石墨烯為例，石墨烯具有超高的電子遷移率，但是它的帶隙為零，這就限制了它在電子器件工程的應(yīng)用。本論文主要是應(yīng)用基于密度泛函理論的第一性原理方

3、法來理論分析石墨烯和砷烯、石墨烯和二硫化錫范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)以及對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制，主要內(nèi)容如下：1)對(duì)砷烯和石墨烯范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制的研究，首先作為基礎(chǔ)參數(shù)我們研究了石墨烯和砷烯的晶格參數(shù)和電子結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了砷烯和石墨烯的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)。通過對(duì)異質(zhì)結(jié)的計(jì)算分析，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)層間距離從28A增加到45A，石墨烯狄拉克點(diǎn)的位置和費(fèi)米能級(jí)從砷烯的價(jià)帶頂向?qū)У装l(fā)生轉(zhuǎn)移，且在轉(zhuǎn)移過程中，P型肖特基勢(shì)壘轉(zhuǎn)變?yōu)?3型肖特基勢(shì)壘

4、。通過進(jìn)一步的分析研究，我們還發(fā)現(xiàn)可以通過改變砷烯和石墨烯異質(zhì)結(jié)層間距離，來調(diào)控肖特基接觸的勢(shì)壘高度。此外，我們還構(gòu)建了一種對(duì)稱的三層石墨烯和砷烯范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并簡單分析了其電子結(jié)構(gòu)和電場條件下對(duì)異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，三層異質(zhì)結(jié)中電荷從砷烯轉(zhuǎn)移到了石墨烯，并在界面處進(jìn)行重排。同時(shí)，異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)在電場的調(diào)節(jié)作用下，變化并不明顯，這也說明對(duì)稱的三層異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)對(duì)電場的調(diào)控作用不敏感。2)對(duì)石墨烯和二硫化錫

5、的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制的研究，研究發(fā)現(xiàn)層間距離和電場都可以有效的調(diào)節(jié)異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)。當(dāng)異質(zhì)結(jié)層間距離增大(25A～44A)時(shí)，肖特基勢(shì)壘的勢(shì)壘有小幅度的減小，基本保持不變，這與范德瓦爾斯力作用效果一致。在外加電場的調(diào)節(jié)作用下，當(dāng)施加負(fù)向電場時(shí)，石墨烯的狄拉克點(diǎn)的位置和費(fèi)米能級(jí)從二硫化錫的導(dǎo)帶向價(jià)帶移動(dòng)，勢(shì)壘高度有小幅度的增加。當(dāng)施加正向電場時(shí)，石墨烯的狄拉克點(diǎn)和費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入二硫化錫的導(dǎo)帶，形成歐姆接觸。關(guān)鍵詞：二維材料，石墨烯