隨著器件尺度不斷縮小,塊狀硅晶不再適合作為未來晶體管的溝道材料。另一方面,在清潔能源領(lǐng)域硅基太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率正接近其理論極限。因此尋找可替代硅的低維半導(dǎo)體材料已成為當(dāng)前凝聚態(tài)物理和半導(dǎo)體工業(yè)亟需解決的問題。二維（2D）單層材料與范德華（vdW）異質(zhì)結(jié)由于具有優(yōu)異的物理性質(zhì),被視作是下一代電子、光電子與能量轉(zhuǎn)換器件中理想的候選材料。第五主族碘化物AI3（A=As,Sb和Bi）是一種層狀本征半導(dǎo)體材料,具有可調(diào)的電學(xué)與光學(xué)性質(zhì),在Y射線探測器、固體電池與光子學(xué)器件具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文主要通過第一性原理計(jì)算方法,研究了第五主族碘化物AI3（A=As,Sb）二維單層、SbI3/BiI3及AsI3/SbI3范德華異質(zhì)結(jié)的幾何結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和光催化性質(zhì),計(jì)算了基于范德華異質(zhì)結(jié)的激子型太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率,并通過改變層間距和外加電場對體系電子結(jié)構(gòu)與能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行調(diào)控。另外,我們還研究了單層過渡金屬二硫化物的彎曲模量。具體包括:（1）我們系統(tǒng)地研究了第五主族碘化物AI3（A=As,Sb）二維單層的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)AI3（A=As,Sb）... 

【文章來源】：長沙理工大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖３．１ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）塊體的六方晶格（ａ）與三方晶格（ｃ）以及布里淵區(qū)（ｄ）；在布里淵區(qū)??中所選的高對稱路徑為ｒ－Ｌ－Ｚ－ｒ－Ｆ－Ｚ

??層結(jié)構(gòu)的聲子譜。如圖３．３所示，在布里淵區(qū)中沒有發(fā)現(xiàn)虛頻的存在，預(yù)示著??ＡＩ３單層結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定。??表４．１采用多種方法計(jì)算得到的ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）塊體與單層結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)。??ＡｓＩ３?Ｓｂｌ３??ｅｘｐ．?ＰＢＥ?ＰＢＥ＋ＳＯＣ?ＯｐｔＢ８８－ｖｄＷ?ｅｘｐ．?ＰＢＥ?ＰＢＥ＋ＳＯＣ?ＯｐｔＢ８８－ｖｄＷ??塊體結(jié)構(gòu)??ａ?（Ａ）?７．２０８?７．３３５?７．３３１?７．１６８?７．４８０?７．６７３?７．６９１?７．４６８??ｃ（Ａ）?２１．４１５?２２．４３５?２２．６４２?２０．２７?２０．９?２２．８８３?２２．９３２?２０．７５３??單層結(jié)構(gòu)??ａ?（Ａ）?－?７．３３１?７．３６４?７．１５８?－?７．６７３?７．６８７?７．４５??注：參考文獻(xiàn)［８８］中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列在表中用于對照。??（ａ）?＾?９?（ｂ）?Ｍ?Ｋ??／￣Ｔ７＼??／?１?／?＂Ｘ??（！??Ｗ?０?＼．．．?．／??４?＞＞?ａ?＼?／??圖３．２單層ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）的晶體結(jié)構(gòu)（ａ）與布里淵區(qū)（ｂ）。黑色實(shí)線與紅色虛線分別表示六角??晶胞與矩形晶胞。??１７??

我們只采用ＰＢＥ與ＰＢＥ＋ＳＯＣ方法對ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）化合物的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研宄。??我們的計(jì)算結(jié)果表明塊體與單層均為間接帶隙半導(dǎo)體，且單層結(jié)構(gòu)的帶隙大小要??大于塊體的帶隙大�。▓D３．４與圖３．５）。ＰＢＥ方法預(yù)測塊體Ａｓｌ３的ＣＢＭ位于Ｚ??到ｒ之間，而對于Ｓｂｌ３來說則位于Ｚ點(diǎn)。當(dāng)考慮自旋軌道耦合效應(yīng)時(shí)，兩個(gè)塊??體的ＣＢＭ都移到了?ｒ點(diǎn)。對于兩個(gè)單層結(jié)構(gòu)，兩種計(jì)算方法均給出它們的ＣＢＭ??位于ｒ點(diǎn)的結(jié)果。??我們進(jìn)一步研究了這四個(gè)不同體系的態(tài)密度。如圖３．６和圖３．７所示，ＶＢＭ??附近的態(tài)多數(shù)被Ｉ－５ｐ軌道占據(jù)，少數(shù)被Ａ－ｓ軌道占據(jù)。而Ｉ－５ｐ與Ａ－ｐ軌道在ＣＢＭ??附近的態(tài)顯示出較強(qiáng)的雜化。為了進(jìn)一步揭示單層結(jié)構(gòu)在光電器件上的應(yīng)用前景，??我們進(jìn)一步計(jì)算了單層ＡＩ３（Ａ＝Ａｓ，Ｓｂ）的光吸收性質(zhì)。吸收邊與它們的能帶值對??應(yīng)，我們的結(jié)果表明它們對可見光是部分吸收，沿著ｚ方向的吸收邊要大于沿著??ｙ?（ｘ）方向的吸收邊

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Electronic structures and elastic properties of monolayer and bilayer transition metal dichalcogenides MX2（M= Mo,W;X= O,S,Se,Te）:A comparative first-principles study[J]. 曾范,張衛(wèi)兵,唐壁玉.  Chinese Physics B. 2015(09)



本文編號：3038076