本文選題：類石墨烯材料 + 摻雜　； 參考：《河南師范大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：自2004年石墨烯成功制備以來,二維類石墨烯材料因其具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等性質(zhì)得到了大量的關(guān)注,被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管、激光二極管、太陽能電池等光電子領(lǐng)域。然而,在二維類石墨烯材料的實(shí)際應(yīng)用中還有一些問題亟待解決,如其n型和p型摻雜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及潛在物理性能等。本論文主要運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法研究類石墨烯結(jié)構(gòu)的Al N、Ga S和Ga Se納米片Mg摻雜的p型雜質(zhì)特性,以及Sn S2納米片的n型和p型摻雜對(duì)其電子結(jié)構(gòu)、形成能和躍遷能級(jí)的影響,其主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1)對(duì)于Mg摻雜Al N納米片中p型導(dǎo)電性的研究,數(shù)值結(jié)果顯示Mg摻雜Al N納米片的晶格常數(shù)、電子結(jié)構(gòu)、形成能和躍遷能級(jí)與Mg摻雜濃度有密切關(guān)系。隨著Mg摻雜濃度的逐漸增加,摻雜體系的晶格常數(shù)有顯著增大,而(0/-1)電荷態(tài)之間的躍遷能級(jí)則單調(diào)地減小,且低于Mg摻雜Al N體材料的情況。這一有趣的結(jié)果顯示了可以通過Mg摻雜濃度有效地調(diào)控Mg摻雜二維Al N納米片的p型導(dǎo)電性。同時(shí)形成能的計(jì)算結(jié)果也顯示了富氮環(huán)境下的形成能比富鋁環(huán)境下的形成能更低,這意味著在富氮的環(huán)境下Mg更容易地取代二維Al N納米片的Al原子。2)對(duì)于Mg摻雜二維Ga S和Ga Se納米片中p型導(dǎo)電性的研究,數(shù)值結(jié)果顯示了二維Ga S和Ga Se納米片的晶格常數(shù)、電子結(jié)構(gòu)、形成能和躍遷能級(jí)可以通過Mg摻雜濃度進(jìn)行有效地調(diào)控。隨著Mg摻雜濃度的逐漸增加,摻雜體系的晶格常數(shù)有顯著增大,(0/-1)電荷態(tài)之間的躍遷能級(jí)則表現(xiàn)單調(diào)地減小的趨勢(shì)。同時(shí)形成能的計(jì)算結(jié)果也顯示了富硫或者富硒環(huán)境下的形成能比富鎵環(huán)境下的形成能更低,這意味著在富硫或者富硒的環(huán)境下Mg取代二維Ga S和Ga Se納米片中的Ga原子更為容易。3)對(duì)于V和VII族元素?fù)诫sSn S2二維納米片的電子結(jié)構(gòu)研究,數(shù)值結(jié)果顯示了無論是V族還是VII族元素的摻雜,Sn S2納米片的晶格常數(shù)均有明顯的變化且摻雜體系的形成能均隨雜質(zhì)半徑的增加而增加。V族元素?fù)诫s體系的躍遷能級(jí)隨雜質(zhì)原子半徑的增加而降低,而VII元素?fù)诫s的型體系的躍遷能級(jí)卻隨雜質(zhì)原子半徑的增加而增加。其中N、P和As摻雜為p型受主深能級(jí)雜質(zhì),而F、Cl、Br和I的摻雜為n型施主淺能級(jí)雜質(zhì)。而且,F摻雜的Sn S2納米片中形成能和躍遷能級(jí)是最低的,因此F是最有效的n型施主雜質(zhì)。此外,結(jié)果也顯示所有的摻雜Sn S2納米片在富錫的環(huán)境中更容易形成。這些結(jié)果為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用提供可靠的理論指導(dǎo)和參考。
[Abstract]:Since the successful preparation of graphene in 2004, two-dimensional graphene materials have been widely used in light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LEDs) because of their unique electrical, optical and magnetic properties. Solar cells and other areas of optoelectronics. However, there are still some problems to be solved in the practical application of two-dimensional graphene like materials, such as the stability and potential physical properties of n-type and p-type doped structures. In this paper, the first-principles method based on density functional theory is used to study the p-type impurity properties of graphene like Al _ (N) Ga _ S and Ga se nanocrystals doped with mg, and the electronic structure of Sn _ S _ 2 nanocrystals doped with n-type and p-type dopants. The main contents and results of the formation energy and transition energy levels are as follows: 1) the study of p-type conductivity in Mg-doped AlN nanocrystals shows the lattice constant and electronic structure of Mg-doped AlN nanocrystals. The formation energy and transition level are closely related to mg doping concentration. With the increasing of mg doping concentration, the lattice constant of the doped system increases significantly, while the transition energy level between 0 / -1) charge states decreases monotonously and is lower than that of Mg-doped Al-N bulk materials. This interesting result shows that the p-type electrical conductivity of Mg-doped two-dimensional Al N nanocrystals can be effectively regulated by mg doping concentration. At the same time, the calculation results of formation energy also show that the formation energy in nitrogen-rich environment is lower than that in Al-rich environment. This means that it is easier for mg to replace the Al atom. 2 of two-dimensional Al N nanoparticles in nitrogen-rich environment. The numerical results show that the lattice constants, electronic structure, formation energy and transition energy levels of two-dimensional Gas and GASE nanocrystals can be effectively regulated by mg doping concentration. With the increasing of mg doping concentration, the lattice constant of the doped system increases significantly, and the transition energy level between the charge states of the doped system decreases monotonously. At the same time, the calculation results of formation energy also show that the formation energy of rich sulfur or selenium rich environment is lower than that of gallium rich environment. This means that it is easier for mg to replace Ga atoms in two-dimensional Ga S and Ga se nanoliths in sulfur-rich or selenium-rich environments. The numerical results show that the lattice constants of doped Sn-S2 nanoliths of either V group or VII group elements have obvious changes, and the formation energy of doping system increases with the increase of impurity radius, and the transition of doping system of V group elements increases with the increase of impurity radius. The energy level decreases with the increase of the radius of the impurity atom. However, the transition energy levels of the type system doped with VII increase with the increase of the radius of the impurity atom. The doping of Nop-P and as is p-type acceptor deep level impurity, while the doping of FN Clnbr and I is n-type donor shallow level impurity. Moreover, the formation energy and transition energy level of F doped Sn S2 nanocrystals are the lowest, so F is the most effective n donor impurity. In addition, the results also show that all doped Sn S 2 nanocrystals are easier to form in tin rich environment. These results provide reliable theoretical guidance and reference for related experimental research and application.
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O613.71;TB383.1

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本文編號(hào)：1897208