類(lèi)石墨烯二維納米材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究.pdf

1、材料是時(shí)代的符號(hào)，人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步與材料的發(fā)展息息相關(guān)。2004年，科研人員首次通過(guò)機(jī)械剝離的方法制得石墨烯，其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電子性質(zhì)，使得它在很多領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，并得到科研人員的廣泛關(guān)注。但是，石墨烯固有帶隙為零、極低的電流開(kāi)關(guān)比和自旋軌道耦合強(qiáng)度小等特點(diǎn)，使得它很難與現(xiàn)代電子工業(yè)結(jié)合起來(lái)，從而促進(jìn)研究者對(duì)類(lèi)石墨烯二維納米材料的探索。電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是研究材料的基礎(chǔ)，因此對(duì)類(lèi)石墨烯二維納米材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究就很有必要

2、。
　　硅烯，鍺烯和石墨烯相比，具有更好的帶隙調(diào)控性以及和硅基半導(dǎo)體的良好兼容性；BN，具有良好的穩(wěn)定性以及導(dǎo)熱性能、潤(rùn)滑性和強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，在納米材料上具有良好的應(yīng)用前景；磷烯，是最熱門(mén)的新型二維納米材料之一，天生的直接帶隙p型半導(dǎo)體材料，具有較大的帶隙和較高的電子遷移率，并且?guī)兑卓?，在晶體管、太陽(yáng)能電池和光學(xué)器材上都具有較好的應(yīng)用前景。因此，本文主要通過(guò)硅烯、BN、鍺烯和磷烯四種種類(lèi)石墨烯材料的改性（主要包括缺陷，摻雜和吸附

3、等），研究相關(guān)的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。
　　隨著量子力學(xué)相關(guān)理論的完善和數(shù)值算法的成熟，第一性原理計(jì)算方法在研究類(lèi)石墨烯等二維納米材料具有很重要的地位。本文主要運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理的計(jì)算方法，研究了拓?fù)淙毕荩?8缺陷）對(duì)Zigzag型和Armchair型（Z型和A型）硅烯納米帶電子性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)原始為金屬特性的硅烯在48缺陷引入后使得Z型硅烯納米帶顯示為直接帶隙半導(dǎo)體特性，而A型硅烯納米帶為間接帶隙半導(dǎo)體。另外，增加48

4、缺陷的缺陷濃度，發(fā)現(xiàn)Z型硅烯納米帶又由半導(dǎo)體特性轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘偬匦?。同時(shí)研究了在沿X軸方向外加電場(chǎng)時(shí)，相同尺寸晶胞的理想硅烯納米帶和48缺陷硅烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加理想硅烯納米帶的帶隙先打開(kāi)，然后增加，最后減小直到帶隙為零，呈現(xiàn)一個(gè)倒U型。而48缺陷的硅烯納米帶在施加外電場(chǎng)時(shí)直接由半導(dǎo)體特性變?yōu)榻饘偬匦浴?br>　　此外，對(duì)BN納米帶的碳鏈摻雜和鍺烯關(guān)于磷的線(xiàn)性摻雜進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)隨著摻雜碳鏈數(shù)的增加，BN納米帶

5、在最終變?yōu)槭┘{米帶的過(guò)程中，Z型BN納米帶會(huì)先后經(jīng)歷絕緣體-半導(dǎo)體-金屬特性；而A型BN納米帶會(huì)由開(kāi)始的絕緣體特性到半導(dǎo)體特性再過(guò)渡到金屬特性，最終變?yōu)榘雽?dǎo)體特性。鍺烯中關(guān)于磷的橫向摻雜，納米帶都保持了原來(lái)的金屬特性；而當(dāng)磷鍺烯中縱向摻雜時(shí)，其納米帶帶隙打開(kāi)，都展現(xiàn)為直接帶隙且?guī)洞笮》謩e為0.128eV，0.262eV和0.284eV。
　　最后，研究了磷烯雙分子層吸附有機(jī)分子苯的電子性質(zhì)。雙分子層自身的堆疊方式有不同，吸附