在過去的一段時(shí)間里,半導(dǎo)體行業(yè)得到了飛速的發(fā)展,越來越多的半導(dǎo)體材料在科學(xué)家的視野里展露頭角。與此同時(shí),數(shù)學(xué)家們對(duì)于五邊形密鋪二維空間問題的探索在物理領(lǐng)域中取得了進(jìn)展。日前,一種以五元環(huán)為基本結(jié)構(gòu)單元的二維碳材料——五元環(huán)石墨烯被發(fā)現(xiàn),這種材料的力學(xué)性能較穩(wěn)定,具有準(zhǔn)直接帶隙半導(dǎo)體特征的禁帶寬度,有望取代石墨烯成為二維半導(dǎo)體材料。本文使用Quantum Atomistix Toolkit（ATK）軟件建立五元環(huán)石墨烯晶胞模型。選用第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ族的元素硼,硅,氮三種原子對(duì)五元環(huán)石墨烯摻雜后的性質(zhì)進(jìn)行了研究。根據(jù)五元環(huán)石墨烯所具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu),選用了兩種不同位置的替位式摻雜方式;同時(shí)為了研究摻雜濃度對(duì)于摻雜的影響,選取了4.2%和16.7%兩種摻雜濃度進(jìn)行研究。對(duì)于16.7%較高的摻雜濃度,實(shí)際上是對(duì)具備五元環(huán)石墨烯晶胞結(jié)構(gòu)的含碳二維化合材料的一種嘗試性研究。本文利用第一性原理密度泛函理論進(jìn)行計(jì)算,主要討論了兩個(gè)方面的內(nèi)容:1.通過軟件模擬五元環(huán)石墨烯以及各類摻雜后的五元環(huán)石墨烯的晶胞結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)五元環(huán)石墨烯是一種具有頂層（底層）和中間層的三層褶皺狀的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)。根據(jù)這一結(jié)果,可以選擇中間層原... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

絕緣體、導(dǎo)體以及半導(dǎo)體區(qū)別圖

Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ族原子摻雜對(duì)五元環(huán)石墨烯性質(zhì)的影響我們發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴在外場作用下，都可以導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體與導(dǎo)體和絕緣體之間的區(qū)別之一。1.2.2 半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)[26]在半導(dǎo)體中，最上面的滿帶稱為價(jià)帶，最下面的空帶稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶與價(jià)帶之間存在著帶隙，帶隙寬度我們用gE 表示，代表價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底的能量間隙。正常溫度下，導(dǎo)帶底有少量電子，價(jià)帶頂有部分空穴，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性就是由這些電子與空穴所引起的。我們根據(jù)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在k 空間是否為相同點(diǎn)的情況，將半導(dǎo)體分為兩類。我們通常將導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在k 空間處于同一點(diǎn)的半導(dǎo)體，稱為直接帶隙半導(dǎo)體，把導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂處于k 空間不同的點(diǎn)的半導(dǎo)體，稱為間接帶隙半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體器件都是用硅半導(dǎo)體材料制作而成的。目前90%的微電子器件是在單晶硅片和硅基材料上制作的，而多晶硅則是制取單晶硅的唯一原料。圖1.3是理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合所得出的硅、鍺在簡約布里淵區(qū)中沿著[111]和[100]方向上k 狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)。硅鍺的禁帶寬度和溫度有一定的關(guān)系。隨著溫度的升高，原子密度減小，禁帶寬度也會(huì)隨之減小。在0K時(shí)，硅鍺的禁帶寬度分別為1.17eV和0.7437eV。而禁帶寬度與溫度之間的關(guān)系滿足如下規(guī)律圖 1.3 硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)


本文編號(hào)：3353068