發(fā)布時(shí)間：2020-08-05 06:29

【摘要】：受實(shí)驗(yàn)上層狀GaGeTe材料成功制備的啟發(fā),通過(guò)第一性原理計(jì)算探索了單層和多層GaGeTe材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。單層GaGeTe薄膜具有良好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。當(dāng)材料從塊體變成多層時(shí),GaGeTe實(shí)現(xiàn)了從金屬態(tài)到半導(dǎo)態(tài)的過(guò)渡,其帶隙范圍為0~0.74eV。此外,單層GaGeTe材料的間接帶隙可以通過(guò)施加應(yīng)力來(lái)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié),帶隙隨著拉伸應(yīng)力的變大而逐漸減小,在2.0%的壓縮應(yīng)變下其帶隙變?yōu)橹苯訋�。單層GaGeTe材料電子的遷移率沿著Zigzag和Armchair方向具有各向異性,而前者的最大值可以達(dá)到7.83×10~4cm~2V~(-1)s~(-1)。這為其在電極材料和半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用提供了巨大的潛力,擴(kuò)展了其在二維納米電子學(xué)中的潛在應(yīng)用�？紤]到單層GaGeTe和鍺烯材料均具有較高的載流子遷移率,因此繼續(xù)研究了Ge@GaGeTe異質(zhì)結(jié)的物理性質(zhì)。在此,根據(jù)襯底與薄膜的相對(duì)位置共設(shè)計(jì)了三種Ge@GaGeTe異質(zhì)結(jié)構(gòu)型。通過(guò)第一性原理計(jì)算,研究發(fā)現(xiàn)GaGeTe薄膜是鍺烯沉積的一種理想襯底,且三種構(gòu)型均表現(xiàn)出了半導(dǎo)體性質(zhì)。Ge@GaGeTe異質(zhì)結(jié)具有較高的載流子遷移率(9.7×10~3 cm~2V~(-1)s~(-1)),其能帶結(jié)構(gòu)可以通過(guò)施加外電場(chǎng)和應(yīng)力工程來(lái)進(jìn)行靈活的調(diào)控。因此,Ge@GaGeTe異質(zhì)結(jié)可以用于設(shè)計(jì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,為新型納米電子器件提供了新的思路。另一方面,基于緊束縛模型和密度泛函理論,對(duì)二維六角m-Tl薄膜的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和拓?fù)湫再|(zhì)進(jìn)行了研究。m-Tl薄膜中所有Tl原子均處于同一平面。能帶分析表明在費(fèi)米能級(jí)附近存在一個(gè)狄拉克拓?fù)涔?jié)環(huán),主要來(lái)源于Tl原子的p_(x,y)軌道與p_z軌道交叉。當(dāng)考慮自旋軌道耦合后,拓?fù)涔?jié)環(huán)處會(huì)打開(kāi)0.168eV的帶隙。對(duì)m-Tl薄膜施加拉伸應(yīng)力后,其出現(xiàn)從平庸態(tài)到非平庸態(tài)的轉(zhuǎn)變。該拓?fù)湫再|(zhì)可以通過(guò)對(duì)材料的貝里曲率、邊緣態(tài)以及Z_2不變量來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。通過(guò)緊束縛模型,揭示了材料的拓?fù)湫云鹪�。二維m-Tl薄膜拓寬了二維拓?fù)浣^緣體的范圍,為二維拓?fù)洳牧系脑O(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O413;TB383.2
【圖文】：

二維 GaGeTe 薄膜設(shè)計(jì)及其量子性質(zhì)調(diào)控科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在薄膜材料這十幾年的發(fā)展中，已經(jīng)報(bào)道了各實(shí)際應(yīng)用意義的新型二維材料[34-36]。繼十幾年前利用機(jī)械剝離法獲得、單層二硫化鉬材料、鍺烯、二維金屬化合物、二維氮化硼材料，甚材料等相繼在實(shí)驗(yàn)上人工合成制備。在成功制備出石墨烯之后，人們他的二維材料，首先研究人員在金屬襯底上成功制備出了硅烯。制備結(jié)構(gòu)與平面六角蜂窩狀石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)不相同，它們兩者在能帶圖也不一樣。另外石墨烯與鍺烯相對(duì)比，平面六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)的鍺烯在它具有一定的褶皺高度。正因?yàn)殒N烯有褶皺的存在，使鍺烯的晶體結(jié) 1-1 中是目前已經(jīng)成功制備合成的幾種典型二維薄膜材料結(jié)構(gòu)示意圖觀的看出這幾種典型二維材料的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和差異。

濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章 二維 GaGeTe 薄膜材料的電子性質(zhì)研究本章節(jié)的內(nèi)容受實(shí)驗(yàn)上成功合成的三維層狀 GaGeTe晶體的啟發(fā)，從理論層面出發(fā)，首先研究了 GaGeTe 材料的晶體結(jié)構(gòu)和能帶性質(zhì)，其次探索了單層以及多層 GaGeTe 材料的電子性質(zhì)與能帶帶隙的變化規(guī)律。本章著重研究了單層 GaGeTe 薄膜在外加應(yīng)力作用下帶隙的變化規(guī)律、光學(xué)性質(zhì)以及載流子遷移率。結(jié)果表明二維 GaGeTe 薄膜是制作納米電子器件的重要候選材料。3.1 GaGeTe 薄膜的結(jié)構(gòu)和能帶性質(zhì)研究

16-2 (a-f)分別為由 PBE 方法計(jì)算獲得的 GaGeTe 單層到六層的能帶結(jié)構(gòu)圖；(g)圖為由 PBE 方HSE06 方法獲得的帶隙與層數(shù)的關(guān)系圖。依托于實(shí)驗(yàn)上取得的進(jìn)展，單層的 GaGeTe薄膜極有可能從其三維結(jié)構(gòu)中剝離從理論角度研究了單層 GaGeTe 薄膜的性質(zhì)。結(jié)果表明該單層薄膜六元層的排 Te-Ga-Ge-Ge-Ga-Te，可以理解為該薄膜中間的鍺烯與兩層 GaTe 原子層緊密維薄膜，如圖 3-1(c,d)所示。從側(cè)視圖可知，鍺原子位于材料的核心位置，由上下對(duì)稱依次連接 Ga 原子和 Te 原子。計(jì)算時(shí)平面波的截?cái)嗄茉O(shè)置為 550eV，度為 10-6eV，第一布里淵區(qū)內(nèi) K 點(diǎn)取為 15 15 1，結(jié)構(gòu)的真空層為 30 。eTe 薄膜的晶格常數(shù)為 4.15 ，與三維塊狀 GaGeTe 的晶格常數(shù)相對(duì)比擴(kuò)大了 1果主要是由于單層 GaGeTe材料中間位置鍺烯的褶皺高度相對(duì)于三維塊體中的

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本文編號(hào)：2781165