【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,各種各樣的電子設(shè)備進(jìn)入到人們的工作學(xué)習(xí)生活當(dāng)中,以此同時(shí),我們對(duì)于制造電子設(shè)備的各種電子器件的要求也越來(lái)越苛刻,在希望能夠?qū)崿F(xiàn)更低的功耗,更快的運(yùn)行速率的同時(shí),還要求電子器件的規(guī)模能夠越來(lái)越集成化。面對(duì)這些要求,目前被廣泛使用的硅材料開(kāi)始捉襟見(jiàn)肘了。因此,近些年來(lái),眾多科研工作者開(kāi)始在物理和化學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ夷軌虼婀璨牧系男虏牧稀?004年,石墨烯的成功制備,一度被人們認(rèn)為極有可能取代現(xiàn)在被廣泛使用的硅材料,能夠成為未來(lái)納米電子器件制備的首選材料。但是石墨烯沒(méi)有帶隙的特性,使其不能用來(lái)制作高性能、低功率的電子設(shè)備。于是,人們開(kāi)始把眼光放在被新發(fā)現(xiàn)的二維納米材料黑磷以及其他材料之上。本文主要研究了黑磷以及五角形CN2納米帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)和電子輸運(yùn)性質(zhì)。首先,我們從理論上面對(duì)單層黑磷上施加靜電勢(shì)壘時(shí)的輸運(yùn)性質(zhì)做了研究計(jì)算。根據(jù)研究結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)入射電子在通過(guò)n-n-n結(jié)和n-p-n結(jié)時(shí),由于中間的靜電勢(shì)壘區(qū)域里面存在準(zhǔn)束縛態(tài),所以透射系數(shù)是一個(gè)關(guān)于入射角度、單層靜電勢(shì)壘的高度以及入射電子所攜帶的入射能的振蕩函數(shù)。沿黑磷材料不同方向的輸運(yùn),電子透射的臨界角度也是不同的,并且在電子的入射角度大于臨界角時(shí),電子的隧穿是被禁止的。同時(shí),在輸運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的共振峰的和數(shù)量取決于輸運(yùn)方向。材料中電導(dǎo)在不同的輸運(yùn)方向上也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的各向異性,電導(dǎo)中的間隙寬度會(huì)隨著靜電勢(shì)壘的高度增加而增加,這個(gè)性質(zhì)為我們提供了一個(gè)控制單層黑磷結(jié)構(gòu)輸運(yùn)性質(zhì)的有效方式。然后,我們系統(tǒng)的研究了五角形CN2納米帶電子性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)五角形CN2納米帶是一種自旋極化的半導(dǎo)體材料,并且納米帶的邊緣態(tài)由上下邊緣的兩條CN鏈來(lái)控制。對(duì)納米帶邊緣進(jìn)行氫原子和氟原子的吸附飽和時(shí),會(huì)使得納米帶的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生自旋簡(jiǎn)并,并且使納米帶的能隙進(jìn)一步擴(kuò)大,使得五角形CN2納米帶由半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變成絕緣體材料,并且材料結(jié)構(gòu)也能夠更加穩(wěn)定。對(duì)納米帶施加外部電場(chǎng)和拉伸應(yīng)變,對(duì)納米帶的能帶結(jié)構(gòu)可以起到一個(gè)調(diào)節(jié)作用,使得能帶帶隙逐步減少。當(dāng)施加的外部電場(chǎng)增加到一定程度,會(huì)使得納米帶從半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變成金屬材料。五角形CN2納米帶的這個(gè)特性,為我們提供了一個(gè)非常有效的方法來(lái)控制五角形CN2納米帶的輸運(yùn)�？偨Y(jié)來(lái)說(shuō),在本文中我們系統(tǒng)地研究了黑磷材料和五角形CN2納米帶的各種電子性質(zhì),為以后的納米電子器件的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN04;TB383.1
【圖文】：

２．邋２模型與計(jì)算方法逡逑在這一小節(jié)中，我們介紹有效的緊束縛近似模型的哈密頓量和ｋ．ｐ哈密頓量函逡逑數(shù)以及黑磷材料在單層勢(shì)壘作用下計(jì)算輸運(yùn)性質(zhì)和電導(dǎo)的方法。如圖２．１邋（ａ）所逡逑示，在黑磷材料的俯視圖中，ａｌ邋＝３．３２邋Ａ和ａ２邋＝邋４．４８邋Ａ表示的是原始矢量，ａ邋＝邋２．２２逡逑Ａ和０＝９６．７６°表示的是面內(nèi)的鍵長(zhǎng)以及鍵角［９３］。在黑磷材料中，一個(gè)單胞包含四逡逑個(gè)原子（見(jiàn)圖中用黑實(shí)線框出來(lái)的矩形），下層有兩個(gè)磷原子，上層有兩個(gè)磷原逡逑子。在黑磷材料當(dāng)中，如圖２．１邋（ｄ）所示，我們能夠更清楚的看見(jiàn)磷原子并不是逡逑排列成完全平面的晶格結(jié)構(gòu)，而是形成了上下兩層的原子結(jié)構(gòu)，并且黑磷晶體會(huì)逡逑形成一個(gè)起皺的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)。逡逑‘ｔ，邐．邐＼、：Ｊ‘邐ｄ邋Ｉ邋－．．＜Ｊ邋卜。。逡逑＜Ｃ＞＾逡逑圖２．１：邋（ａ）黑磷材料中磷原子的俯視圖，ａ邋＝邋２．２２邋Ａ邋（０＝９６．７６°）是平面內(nèi)的鍵長(zhǎng)（角逡逑度）

圖２．２．單層黑磷上單個(gè)勢(shì)壘幾何結(jié)構(gòu)的示意圖，陰影區(qū)域表示電極下方的區(qū)域，下面的小圖描逡逑述了該模型勢(shì)壘的分布情況。逡逑如圖２．２所示，我們?cè)趩螌雍诹咨鲜┘恿遂o電勢(shì)壘，可以通過(guò)改變施加的電逡逑壓來(lái)調(diào)節(jié)靜電電位的大小。單層黑磷ｒ點(diǎn)周圍的低能物理量可以用各向異性雙頻逡逑帶ｋ．ｐ模型來(lái)很好的描述描述，得到的哈密頓量模型如下：逡逑（Ｅｃ邋＋邋Ｖｊ邋＋邋ａｋ２ｘ邋＋邐ｙｋｘ邐＼逡逑＼邐Ｙｋｘ邐Ｅｖ邋＋１／；－邋－邋Ｘｋｌ邋－邋ｒｊｋ２ｙ）逡逑１９逡逑

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