完全氫吸附的氮化硼薄膜的物性研究.pdf

1、自從2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)之后，原子尺度薄膜材料便引起了科技界的廣泛興趣。在這樣的（準）二維材料中，一些新穎的現(xiàn)象不斷被發(fā)現(xiàn)，如常溫下量子霍爾效應以及一些量子拓撲現(xiàn)象等。石墨烯所具有的超高載流子遷移率使得它對下一代電子輸運器件的極具應用價值。然而，它的金屬性卻限制了它在邏輯電子器件中的應用。繼石墨烯之后，氮化硼單層膜是另一種被發(fā)現(xiàn)的（準）二維材料。單層氮化硼是一種絕緣體，使得它也不能應用于電子輸運器件，如場效應晶體管。如果我們能找到一種

2、方法來調(diào)控這些原子尺度薄膜材料的能隙，如使石墨烯轉(zhuǎn)變成半導體或者減小氮化硼的能隙至半導體范圍，將是十分有意義的。
　　本文利用基于密度泛函理論的第一原理計算軟件系統(tǒng)研究了完全氫吸附氮化硼薄膜材料的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，并重點研究了在外加垂直電場下的電子結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明：氮化硼薄膜吸附氫原子后原子平面發(fā)生皺褶，原子成鍵方式轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3雜化軌道。多層氮化硼有多種構(gòu)型方式，其中堆積方式對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不大，層間以B-N成鍵的結(jié)合最為穩(wěn)定。單

3、層時帶隙為4.57eV，隨著層數(shù)的增加逐漸減小并最終在n=4時關(guān)閉，從而轉(zhuǎn)變?yōu)閷w。對各層全附氫氮化硼施加垂直電場后，帶隙隨外加電場的增加而呈近線性地遞增。最重要的是，帶隙的電場調(diào)制作用隨層數(shù)增加而越來越明顯，并且在很大的范圍內(nèi)是直接帶隙，這對于電子學和光電子學方面的應用都極具重要價值。
　　我們進一步應用緊束縛模型方法討論上述現(xiàn)象。緊束縛模型中所用參數(shù)是以文獻中相關(guān)數(shù)據(jù)作為初始值，并與第一原理計算結(jié)果進行擬合得到。我們計算了能帶