本文關(guān)鍵詞： 密度泛函理論 二維磷化硼 電子結(jié)構(gòu) 載流子遷移率 光學(xué)吸收譜 太陽(yáng)能電池　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：納米材料是在三個(gè)維度上至少有一個(gè)維度的幾何尺寸介于1nm到100nm之間的材料,會(huì)出現(xiàn)一些在體相中所觀察不到的奇異的物理與化學(xué)性質(zhì)以及微觀量子現(xiàn)象,從而加深了人們對(duì)自然世界的認(rèn)識(shí),同時(shí)也大大地拓寬了新的運(yùn)用領(lǐng)域。納米材料的運(yùn)用已遍及了各個(gè)領(lǐng)域,其中主要有納米半導(dǎo)體、納米磁性、納米催化、納米計(jì)算機(jī)、以及醫(yī)療上的應(yīng)用等。由納米材料所引發(fā)的納米科技極大地促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,而且隨著時(shí)代的發(fā)展這種影響將會(huì)越來(lái)越大,并逐漸滲入人們生活的方方面面。因而納米材料研究?jī)r(jià)值非常大。 自從石墨烯被合成出之后,由于其特殊優(yōu)異的化學(xué)物理性質(zhì),引發(fā)低維材料的研究熱潮。后來(lái)相繼的有第四主族的硅烯、鍺烯,三五主族的六方氮化硼,過(guò)渡金屬硫化物,和第五主族的磷烯等二維納米材料,作為在光電器件和電子器件等半導(dǎo)體器件方面的潛在應(yīng)用,而相繼被研究。最近另一個(gè)二維材料磷化硼也逐漸引起大家的注意,雖然沒(méi)有被實(shí)驗(yàn)合成出,但最近已有實(shí)驗(yàn)在硅的表面上合成出了磷化硼薄膜,且已有相關(guān)的理論方面的文章對(duì)其穩(wěn)定性和器件方面的應(yīng)用有了一定的研究。通過(guò)我們的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)二維磷化硼在半導(dǎo)體器件方面有著優(yōu)異的綜合性質(zhì),并將有著廣泛的運(yùn)用前景。 從頭算第一性原理密度泛函理論已經(jīng)成為研究納米材料的一種重要的研究手段。在此篇論文中,我們主要用了密度泛函理論的方法,來(lái)研究二維磷化硼多層材料的各種化學(xué)物理性質(zhì)。 第一章簡(jiǎn)要介紹了第一性原理密度泛函的開(kāi)創(chuàng)與發(fā)展。密度泛函理論是將電子密度替換波函數(shù)作為研究的基本量,并將各個(gè)參量都看作是基態(tài)電子密度的函數(shù)來(lái)處理。由于電子密度只具有三個(gè)維度,從而在實(shí)際運(yùn)用上與概念上都更為方便地處理。與波函數(shù)相較而言,電子密度大大地減小了計(jì)算量和節(jié)省了計(jì)算資源。此外密度泛函理論在許多方面有了很大的發(fā)展,并取得了一定的成功,尤其是對(duì)已知結(jié)構(gòu)材料的各種基態(tài)性質(zhì)的相關(guān)研究。最后介紹了與密度泛函有關(guān)的一些計(jì)算軟件包。 第二章首先研究磷化硼體相的原子和電子結(jié)構(gòu)信息,與實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行比較,從而確定計(jì)算方法。接著計(jì)算了單層磷化硼的結(jié)構(gòu)信息及其穩(wěn)定性,然后通過(guò)解離能的計(jì)算確定了二維磷化硼從體相中剝離出后其層數(shù)的可能性。緊接著我們研究了多層磷化硼和體相磷化硼的電子結(jié)構(gòu),并據(jù)此計(jì)算了多層磷化硼的載流子輸運(yùn)和光學(xué)吸收性質(zhì),最后計(jì)算了二維磷化硼體系的化學(xué)穩(wěn)定性和在空氣中的化學(xué)惰性。通過(guò)這一系列的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)二維磷化硼體系在半導(dǎo)體器件方面有著其它已知二維材料所不具有的綜合的優(yōu)異性質(zhì),因此具有極其廣闊的運(yùn)用前景。
[Abstract]:Nanomaterials are materials with at least one dimension in three dimensions ranging in size from 1 nm to 100 nm, resulting in strange physical and chemical properties and microscopic quantum phenomena that are not observed in the physical phase. This has deepened people's understanding of the natural world, and at the same time greatly broadened the new fields of application. Nanomaterials have been widely used in various fields, including nano-semiconductors, nanomagnetic, nano-catalysis, nano-computers, Nanotechnology triggered by nanomaterials has greatly promoted social progress and economic development, and with the development of the times this impact will become greater and greater. And gradually infiltrated into all aspects of people's lives, so the research value of nanomaterials is very great. Since the synthesis of graphene, due to its special excellent chemical and physical properties, it has triggered a research boom in low-dimensional materials. Later, there were 4th main groups of silicene, germane, hexagonal boron nitride, transition metal sulfides, As potential applications in semiconductor devices such as optoelectronic devices and electronic devices, two dimensional nanomaterials, such as phosphorene and 5th, have been studied one after another. Recently, another two-dimensional material, boron phosphide, has attracted more and more attention. Although it has not been synthesized by experiments, we have recently synthesized boron phosphide films on the surface of silicon, and some related theoretical articles have studied its stability and device applications. It is found that two dimensional boron phosphates have excellent comprehensive properties in semiconductor devices and will have a wide application prospect. The ab initio first principles density functional theory (DFT) has become an important research tool for the study of nanomaterials. In this paper, we mainly use the DFT method. To study the chemical and physical properties of two-dimensional boron phosphating multilayer materials. The first chapter briefly introduces the creation and development of the first principle density functional. The density functional theory takes the electron density substitution wave function as the basic research quantity. Each parameter is treated as a function of the ground state electron density. Because the electron density has only three dimensions, it is more convenient to process in practice and conceptually. Compared with the wave function, The electron density has greatly reduced the computational cost and saved the computational resources. In addition, the density functional theory has developed greatly in many aspects, and has achieved certain success. In particular, the properties of various ground states of known structural materials are studied. Finally, some calculation software packages related to density functional are introduced. In the second chapter, the atomic and electronic structure information of boron phosphating phase is studied, and compared with the experimental parameters, the calculation method is determined, and then the structure information and stability of monolayer boron phosphine are calculated. Then the possibility of the number of layers after the two dimensional boron phosphide is removed from the bulk phase is determined by the calculation of dissociation energy. Then we study the electronic structure of multilayer boron phosphate and bulk boron phosphate. The carrier transport and optical absorption properties of multilayer boron phosphide are calculated. Finally, the chemical stability and chemical inertia in air of two-dimensional boron phosphate system are calculated. It is found that the two-dimensional boron phosphating system has excellent properties which other known two-dimensional materials do not have in semiconductor devices, so it has a very broad application prospect.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;O613.81

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1511338