本文建立了半導(dǎo)體基外延石墨烯的物理模型,考慮原子的非簡諧振動,研究了它的雜化勢以及熱電勢隨化學(xué)勢和溫度的變化規(guī)律,探討了原子非簡諧振動對熱電效應(yīng)的影響.對硅基外延石墨烯熱電勢的研究結(jié)果表明:簡諧近似下,雜化勢與溫度無關(guān);只考慮到第一非簡諧項,雜化勢隨溫度升高而增大;同時考慮到第一、第二非簡諧項,則雜化勢隨溫度升高而減小.在給定溫度下,外延石墨烯的熱電勢隨化學(xué)勢的變化在化學(xué)勢為0處不具左右對稱性,且在化學(xué)勢為±0.25eV附近有突變;給定化學(xué)勢時,外延石墨烯熱電勢與單層石墨烯相似,均隨溫度升高而非線性減小,但外延石墨烯的值大于單層石墨烯的值;與簡諧近似相比,非簡諧效應(yīng)會減小外延石墨烯熱電勢的值但減小量很小.非簡諧效應(yīng)對熱電勢的影響隨溫度的升高而緩慢增大,大小在0.23%～0.25%之間. 

【文章來源】：四川大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,57(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖２石墨烯原子的橫振動Ｆｉｇ．２Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅａｔｏｍｓ面軸轉(zhuǎn)過角度θ（很�。⿻rＶ的變化，即可求得橫

作用能為Ｖ－．３外延石墨烯的雜化勢以及電子準(zhǔn)能級半寬度和移動函數(shù)雜化勢Ｖ是電子在雜化軌道中的平均相互作用能，它與兩原子雜化軌道重疊區(qū)域的大小成正比．按照固體物理理論，碳的雜化軌道的電子云最大方向指向正四面體的四個角．設(shè)碳原子Ａ的一個雜化軌道的電子云最大方向為正ｘ方向，而碳原子Ｂ指向負(fù)ｘ方向，平衡時，系統(tǒng)能量最小，由于電子能量取決于兩個原子的雜化軌道波函數(shù)重疊程度，最大重疊對應(yīng)的能量最小，極限情況可設(shè)為是兩個原子的雜化軌道在ｘ方向完全重合（圖３ａ），此時兩原子的距離為平衡時的鍵長ｄ０．由于原（ａ）（ｂ）圖３碳ｓｐ２雜化軌道的平衡時分布（ａ）和振動時的分布（ｂ）Ｆｉｇ．３Ｂａｌａｎｃｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｓｐ２－ｈｙｂｒｉｄｏｒｂｉｔａｌ（ａ）ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ（ｂ）９５１１

、ε′１＝－０．４５３９×１０１２Ｊ·ｍ－３、ε′２＝０．０６６６×１０２２Ｊ·ｍ－４．由此求得同時考慮到徑向和橫向振動的簡諧系數(shù)ε－０＝（ε２０＋ε′２０）１／２以及第一和第二非簡諧系數(shù)ε－１＝－（ε２１＋ε′２１）１／２，ε－２＝（ε２２＋ε′２２）１／２．而按文［７］，Ｖ０＝２ｅＶ．將這些數(shù)據(jù)代入（５）式求得αｌ，再代入（６）式，得到雜化勢Ｖ隨溫度的變化如圖４．圖中的０、１、２分別是簡諧近似、只考慮到第一非簡諧項、同時考慮到第一、第二非簡諧項的結(jié)果．圖４Ｓｉ基外延石墨烯雜化勢隨溫度的變化Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎｐｏ－ｔｅｎｔｉａｌｏｆＳｉ－ｂａｓｅｄｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒａｐｈｅｎｅ由圖４看出：簡諧近似下，雜化勢與溫度無關(guān)（線０）；只考慮到第一非簡諧項，Ｖ隨溫度升高而增大（線１）；同時考慮到第一、第二非簡諧項（線２），則雜化勢在隨溫度升高而減小．溫度愈高，非簡諧與簡諧近似的值的差愈大，即非簡諧效應(yīng)愈顯著．５．２半導(dǎo)體基外延石墨烯的熱電勢隨化學(xué)勢的變化按照文［７，２２］，取γ＝０．００１ｅＶ，ｔ＝２．８ｅＶ，求得μ＝６．５２６ｅＶ．文獻(xiàn)［２３］給出硅（Ｓｉ）的晶格常數(shù)ａ＝５．４３０×１０－１０ｍ，求得原胞體積Ω＝２０．０１２９×１０－３０ｍ３．而硅（Ｓｉ）的ｍＣ＝０．９２ｍ０，ｍＶ＝０．１９ｍ０，Ｅｇ（０）＝１．１７ｅＶ．將自

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非簡諧振動對石墨烯楊氏模量與聲子頻率的影響[J]. 程正富,鄭瑞倫.  物理學(xué)報. 2016(10)
[2]電子-聲子相互作用對平行雙量子點體系熱電效應(yīng)的影響[J]. 吳海娜,孫雪,公衛(wèi)江,易光宇.  物理學(xué)報. 2015(07)



本文編號：3089120