論文從發(fā)展多功能的高性能器件對半導體材料性能多樣性需求,以及半導體材料與金屬電極接觸勢壘對器件性能限制的瓶頸出發(fā),選擇具有高電子遷移率的單層三磷化鈣和單層三磷化銦為研究對象,采用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算方法,研究了取代和空位摻雜以及引進緩沖層等對三磷化鈣的電子結構、磁學和光學性質,對三磷化銦與鎳接觸界面電子結構和接觸特性的影響。為多功能器件的制備提供重要的理論依據(jù)。主要的研究內(nèi)容包括以下兩方面:1. 通過取代和空位摻雜調控單層三磷化鈣（m-CaP₃）的電子、磁學和光學等性質。該工作主要有三個部分:（1）對m-CaP₃的2×2超胞的兩類P原子和Ca進行取代摻雜或引進空位,計算各體系總能量、形成能和電荷轉移,獲得每種摻雜體系最穩(wěn)定的晶胞結構,研究摻雜元素種類（B、C、N、O和F）對m-CaP₃的帶隙和自旋極化特性的影響。（2）進一步在m-CaP₃的1×1、3×3和4×4超胞中引進上述缺陷,分析缺陷濃度對各摻雜體系電子結構,特別是對帶隙和自旋極化特性的影響。（3）研究缺陷濃度對m-CaP... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

新型半導體示意圖

第一章緒論5金屬與半導體的接觸電阻形成，當存在外加電壓時形成的I-V特征曲線不再是一條直線，而是一條曲線。肖特基接觸因具備整流的獨特的性質，廣泛應用于肖特基光電二極管中。1.3.2半導體-金屬結金屬與半導體接觸時，往往會在接觸的界面處形成肖特基勢壘，這使得在制備光電探測器和場效應管等半導體器件時大大限制了器件的性能。如圖1.2展示了金屬與N型半導體接觸前后的界面能帶圖，且假設此半導體無表面態(tài)，金屬的功函數(shù)M大于半導體的功函數(shù)SM。圖中E0為真空中電子靜止的能量，χsm表示電子親合能，即：使半導體導帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。當金屬與半導體相距無窮遠時，兩者互不干擾各為一個獨立的區(qū)域，如圖1.2(a)所示。當金屬與半導體相互靠近并接觸時，電子的親合能χsm小于金屬的功函數(shù)M，此時半導體中的載流子（電子）從高能態(tài)開始向金屬轉移，隨著半導體中的電子不斷的轉移，金屬和半導體的費米能級逐漸接近，當兩者的費米能級達到同一能量時，兩者達到平衡。雖然此時金屬與半導體已經(jīng)相互接觸成為一個完整的體系，但是由于半導體不斷的向金屬轉移電子，使得金屬端積累了大量的電子，同時半導體上也積累了大量的空穴，兩者最終處于一個動態(tài)平衡中。雖然金屬與半導體整體是一個電中性的，但是金屬中空穴的濃度比半導體中受主的密度要低了幾個數(shù)量級，平衡后金屬表面只存在一層很薄的富余負電荷，而正電荷則分布在半導體表面相當厚的一層表面層內(nèi)，形成空間電荷區(qū)。圖1.2金屬與N型半導體接觸圖Fig1.2EnergybanddiagramofmetalandN-typesemiconductorcontact當載流子的擴散與漂移運動達到動態(tài)平衡時將形成一個穩(wěn)定空間電荷區(qū)，形成的內(nèi)建電場電勢下降方向為半導體指向金屬，此時，半導體表面電子能量高于?

第一章緒論7圖1.3歐姆接觸能帶圖Fig1.3Energybanddiagramofohmiccontact1.3.3二維半導體-金屬結半導體與金屬接觸時，由于存在界面態(tài)，是否能得到歐姆接觸主要取決于半導體的摻雜濃度，若重摻雜的N型半導體與金屬接觸時，由于載流子可以通過隧穿進行遷移，此時得到的就是低阻的歐姆接觸。不同于體相半導體，單層或幾層二維半導體材料只有原子層厚度。這使得表面形成的是飽和的化學鍵，層與層之間也通常是由范德瓦爾茲力連接。二維半導體材料與金屬形成異質結時，一般會形成兩類接觸，在頂端界面處，沉積的金屬可能會破壞原子晶格中的共價鍵，同時還會導致二維半導體的缺陷，此時接觸面會形成費米能級劈尖和肖特基勢壘，形成更高的接觸阻抗。在邊緣接觸的位置，由于二維半導體材料無法像體相材料一樣得到純的邊緣結構[30][31]，這導致了邊緣接觸性質與二維半導體材料的各向異性存在著密切的聯(lián)系。1.3.4二維范德華異質結二維層狀材料因其具有新穎的電子與光電特性和與硅基技術的高兼容性而引起了越來越多的科研工作者的關注。此外，二維材料由于每個片層都具有一個共價結合，且晶格表面不存在懸掛鍵，因此，兩種或者兩種以上的單層或少層的二維材料可以像堆積木一樣，通過層間弱范德華作用力自由的堆垛形成具有獨特功能的原子級平整界面的人工異質結構[32]-[34]。


本文編號：3208653