本文關(guān)鍵詞：二維半導(dǎo)體材料遷移率的第一性原理研究

  更多相關(guān)文章： 二維材料 形變勢(shì) 遷移率 范德華力 第一性原理計(jì)算

【摘要】：基于形變勢(shì)理論,本文將聲學(xué)聲子、光學(xué)聲子以及壓電效應(yīng)(1H結(jié)構(gòu))對(duì)載流子的散射考慮在內(nèi),得到了對(duì)二維單層材料遷移率較為精準(zhǔn)的近似模型,并以此模型對(duì)14種過(guò)渡金屬二硫族化物(Transition Metal Dichalcogenides,TMD)載流子的遷移率進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。通過(guò)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,本文驗(yàn)證了利用形變勢(shì)(聲學(xué)聲子形變勢(shì)、光學(xué)聲子形變勢(shì)以及壓電效應(yīng)形變勢(shì))近似電子-聲子散射矩陣元,進(jìn)而對(duì)過(guò)渡金屬二硫族化物的二維層狀材料的遷移率進(jìn)行計(jì)算的可行性。計(jì)算結(jié)果顯示,WS2在1H結(jié)構(gòu)的材料中具有最高的電子遷移率和空穴遷移率,分別為:1739和2604 cm~2V~(-1)s~(-1)。在1T結(jié)構(gòu)的材料中,PtSe2具有最大的理論電子遷移率,為4037 cm~2V~(-1)s~(-1),而最大的理論空穴遷移率在HfS2中,為1959 cm~2V~(-1)s~(-1)。另外一方面,WS2是具有1.99 eV帶隙的直接間隙半導(dǎo)體,而PtSe2和HfS2則是間接帶隙半導(dǎo)體,帶隙分別為1.69 eV和1.05 eV。考慮到作為理想的半導(dǎo)體材料所需具備的合適帶隙以及較高的載流子遷移率這兩個(gè)條件,WS2和PtSe2很有成為具備優(yōu)良性能的n型二維半導(dǎo)體的可能,而WS2和HfS2則具備成為p型二維半導(dǎo)體的潛力,而其余的11種材料中不可能成為具有高遷移率的二維半導(dǎo)體材料。本文所用的計(jì)算方法,可以推廣運(yùn)用到所有的二維材料上。相比于Kaasbjerg和Kim等人通過(guò)直接處理電子-聲子相互作用矩陣元而計(jì)算遷移率的方法,本文中所用的計(jì)算方法所需計(jì)算資源小,所耗計(jì)算時(shí)間短,僅需要完成能帶計(jì)算和初步聲子計(jì)算等幾個(gè)小步驟,符合材料基因組的基本思想,有利于對(duì)大量材料進(jìn)行快速篩選。此外,本文還對(duì)范德華力在類似于PtSe2這種層間為長(zhǎng)程相互作用的材料由單層到塊體過(guò)渡的過(guò)程中所起的作用做了詳細(xì)的分析。對(duì)比Z.Zhu和Swastibrata Bhattacharyya等人關(guān)于應(yīng)變對(duì)多層二維材料性質(zhì)的影響,本文得到如下結(jié)論:層狀材料由單層向塊體過(guò)渡的過(guò)程中范德華力的存在使得電荷從內(nèi)部的非金屬原子向金屬原子轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致了面內(nèi)晶格常數(shù)變大,面間晶格常數(shù)變小,進(jìn)而使得導(dǎo)帶最低點(diǎn)降低,價(jià)帶最高點(diǎn)升高,帶隙變小,從而產(chǎn)生了由單層結(jié)構(gòu)到塊體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中發(fā)生半導(dǎo)體-半金屬轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：二維材料 形變勢(shì) 遷移率 范德華力 第一性原理計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.0
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 論文研究背景及意義11-12
• 1.2 二維（2D）層狀材料輸運(yùn)特性研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 二維層狀材料12-18
• 1.2.1.1 類石墨烯平面結(jié)構(gòu)材料12-15
• 1.2.1.2 非平面層狀結(jié)構(gòu)材料15-18
• 1.2.1.3 研究對(duì)象18
• 1.2.2 層狀材料的輸運(yùn)特性研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第二章 相關(guān)理論21-44
• 2.1 第一性原理計(jì)算21-30
• 2.1.1 密度泛函理論21-27
• 2.1.1.1 波恩奧本海默近似（絕熱近似）21-22
• 2.1.1.2 單電子近似和平均場(chǎng)近似22-23
• 2.1.1.3 Hartree-Fock近似23-24
• 2.1.1.4 Hohenberg-Kohn定理24-25
• 2.1.1.5 Kohn-Sham方程25-27
• 2.1.2 贗勢(shì)方法27-29
• 2.1.2.1 平面波基函數(shù)27-28
• 2.1.2.2 贗勢(shì)28-29
• 2.1.3 PWscf軟件包29-30
• 2.2 形變勢(shì)理論30-38
• 2.2.1 形變勢(shì)理論基礎(chǔ)30-35
• 2.2.1.1 形變作用下的能帶位移量31-32
• 2.2.1.2 電子聲子相互作用下的能帶位移量32-33
• 2.2.1.3 形變勢(shì)最終形式33-34
• 2.2.1.4 光學(xué)形變勢(shì)34-35
• 2.2.2 電子聲子相互作用35-36
• 2.2.3 壓電相互作用36-38
• 2.3 波爾茲曼方程與遷移率38-43
• 2.3.1 波爾茲曼方程38-40
• 2.3.2 散射幾率和遷移率40-43
• 2.3.2.1 聲學(xué)聲子40
• 2.3.2.2 光學(xué)聲子40-42
• 2.3.2.3 壓電效應(yīng)42
• 2.3.2.4 遷移率42-43
• 2.4 Matthiessen規(guī)則43
• 2.5 本章小結(jié)43-44
• 第三章 計(jì)算過(guò)程，，結(jié)果和討論44-64
• 3.1 計(jì)算參數(shù)的測(cè)試和結(jié)構(gòu)弛豫優(yōu)化44-45
• 3.1.1 計(jì)算參數(shù)的測(cè)試44
• 3.1.2 晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化44-45
• 3.2 能帶和態(tài)密度45-48
• 3.3 遷移率48-62
• 3.3.1 有效質(zhì)量48-49
• 3.3.2 聲速計(jì)算49-52
• 3.3.3 形變勢(shì)52-59
• 3.3.3.1 聲學(xué)形變勢(shì)52-53
• 3.3.3.2 光學(xué)形變勢(shì)53-58
• 3.3.3.3 壓電形變勢(shì)58-59
• 3.3.4 遷移率59-60
• 3.3.5 遷移率討論60-62
• 3.4 本章小結(jié)62-64
• 第四章 范德華力對(duì)PtSe2的影響64-80
• 4.1 半導(dǎo)體-半金屬轉(zhuǎn)變64
• 4.2 處理范德華力的色散修正方法64-67
• 4.2.1 Jacob階梯64-66
• 4.2.2 vdW-DFT方法66-67
• 4.3 計(jì)算結(jié)果和結(jié)論67-79
• 4.3.1 范德華力對(duì)不同層數(shù)的影響67-73
• 4.3.2 二層結(jié)構(gòu)的探究73-77
• 4.3.3 半導(dǎo)體金屬轉(zhuǎn)變77-79
• 4.4 本章小結(jié)79-80
• 第五章 結(jié)論和展望80-82
• 5.1 結(jié)論80-81
• 5.2 展望81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-94
• 攻碩期間取得的研究成果94-95

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 陳俊,曹力,吳大進(jìn);多個(gè)白噪聲驅(qū)動(dòng)下一維周期勢(shì)中粒子的遷移率[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1997年12期

2 ;[J];;年期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 鄭超;陳潤(rùn)鋒;黃維;;并五苯的遷移率極限:分子動(dòng)力學(xué)和量子力學(xué)相結(jié)合的理論研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第13分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

2 徐先;;負(fù)離子紡織品的檢測(cè)[A];第四屆功能性紡織品及納米技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2004年

3 楊笑迪;王林軍;李啟楷;帥志剛;;有機(jī)材料遷移率的理論計(jì)算預(yù)測(cè)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)有機(jī)固體材料分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 奚晉揚(yáng);二維納米材料電聲相互作用及電荷傳輸?shù)牡谝恍栽硌芯縖D];清華大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 黃志碩;二維半導(dǎo)體材料遷移率的第一性原理研究[D];電子科技大學(xué);2016年

2 于遙;PECVD分層結(jié)構(gòu)對(duì)氫化非晶硅TFT遷移率的影響[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

3 楊姣;苯基萘衍生物的合成及光化學(xué)性能研究[D];北京印刷學(xué)院;2015年

4 常志剛;InGaAs/InAlAs量子阱中二維電子氣的磁輸運(yùn)性質(zhì)研究[D];廣西大學(xué);2014年

本文編號(hào)：793364