隨著電子元件尺寸不斷縮小,基于硅材料微納米電子器件的發(fā)展遇到了瓶頸,摩爾定律也難以維持。因此,探索能改善載流子輸運(yùn)和減小漏電流的新型場效應(yīng)晶體管（Field effect transistor,FET）,就成為實(shí)現(xiàn)新型電子科學(xué)和技術(shù)革新的重要途徑之一。近年來,新興的二維材料黑磷烯不但具有合適的直接帶隙和極高的遷移率等優(yōu)異電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì),而且具備較強(qiáng)的機(jī)械性能,可以保證材料的柔性和耐受性,因此其在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域倍受關(guān)注。然而,因?yàn)楹诹紫┚哂旭薨櫧Y(jié)構(gòu),在室溫條件下容易被氧化,繼而產(chǎn)生各種各樣的缺陷（如空位缺陷和Stone-Wales缺陷等）,其電子和磁學(xué)等性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變。只有掌握缺陷的形成過程以及了解其對(duì)材料所帶來的影響,才可以更好地調(diào)控二維黑磷烯的性質(zhì)。另外,尺寸和邊緣效應(yīng)也對(duì)黑磷烯的電輸運(yùn)性質(zhì)具有重要的影響。在器件的設(shè)計(jì)和搭建的過程中,對(duì)黑磷烯進(jìn)行合理裁切是必需的,而經(jīng)裁切獲得的黑磷納米帶同樣含有大量缺陷。因此,為了深入了解黑磷納米帶作為FET溝道材料的性能表現(xiàn),非常有必要探究空位缺陷對(duì)黑磷納米帶電輸運(yùn)性質(zhì)的影響。針對(duì)上述科學(xué)問題,我們通過密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法,研究了扶手椅... 

【文章來源】：湖南師范大學(xué)湖南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

常見的二維材料及其應(yīng)用領(lǐng)域[5]

碩士畢業(yè)論文2二維材料相比于塊體材料擁有更多獨(dú)特的性質(zhì)，除了擁有高載流子遷移率和適合各種用途的電子帶隙外，其在自旋電子學(xué)中也具有廣大的應(yīng)用前景，比如在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)觀察到單層石墨烯具有室溫量子霍爾效應(yīng)和自旋整流效應(yīng)[10,11]。二維材料也具有原本塊體材料所沒有的壓電、光電、熱電等性質(zhì)[12-14]，可用于相關(guān)能量的轉(zhuǎn)換器件。最重要的是它們通常具有極其豐富的調(diào)控手段，比如施加應(yīng)變，電場或者堆垛成異質(zhì)結(jié)等。這些手段不但可讓二維材料的各種特性發(fā)生量變，還可能調(diào)控出新的物理性質(zhì)[15]。同樣，在化學(xué)領(lǐng)域，可根據(jù)需要對(duì)二維材料大量暴露在表面的原子進(jìn)行吸附或摻雜，以達(dá)到材料改性的目的。這樣使得其優(yōu)秀的化學(xué)性能可以在電催化，光催化和燃料電池等方面得以充分發(fā)揮[16]。因此二維材料在光電器件、儲(chǔ)能和催化劑等領(lǐng)域擁有無限的潛力[17,18]。1.2黑磷納米帶的研究進(jìn)展1.2.1黑磷烯于十九世紀(jì)初，塊體黑磷就已經(jīng)在高溫高壓條件下成功合成，但直到2014年Zhang等人用機(jī)械法在黑磷塊體中剝離出薄層的黑磷烯后才再次引起人們的關(guān)注[8,19]。實(shí)驗(yàn)上已發(fā)現(xiàn)的磷單質(zhì)同素異構(gòu)體有四種，而其中的黑磷在常溫下結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定[20]。與石墨相似，黑磷也是由層狀磷原子通過層間范德瓦爾斯作用結(jié)合而成，層間作用能很小，只有200meV/atom，所以黑磷烯可以輕易從其母體中分離出來[21,22]。俯看單層黑磷烯，發(fā)現(xiàn)具有和石墨烯類似的蜂窩狀六元環(huán)結(jié)構(gòu)，但明顯不同的是黑磷烯圖1.2黑磷烯FET、黑磷烯晶格結(jié)構(gòu)示意圖和能帶結(jié)構(gòu)[8]。

碩士畢業(yè)論文4拓?fù)湎嘧僛34,35]。同樣在自旋電子學(xué)方面，Kim等人在實(shí)驗(yàn)上通過對(duì)黑磷施加極高的靜水壓后，成功在帶隙中誘導(dǎo)出狄拉克半金屬態(tài)[36]。這些都大大拓寬了黑磷烯的應(yīng)用范圍。圖1.3（a）MoS2與BP組建的CMOS反向晶體管管及輸出特性曲線[29]；（b）BP雙向整流晶體管及不同溫度下IV特性曲線[30]。1.2.2扶手椅型黑磷納米帶在2016年，通過電子束對(duì)少層黑磷烯進(jìn)行輻照刻蝕的方法實(shí)現(xiàn)了黑磷納米帶的制備。但獲得樣品數(shù)量很少，結(jié)構(gòu)也極不穩(wěn)定。經(jīng)過形貌表征后，發(fā)現(xiàn)在其表面和邊緣存在大量的點(diǎn)缺陷[37]。直到最近，Christopher等人通過離子剪刀這種自上而下方法成功制得了大量高品質(zhì)的黑磷納米帶。經(jīng)過結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)所得樣品主要是單層厚度原子級(jí)晶體，寬度為4~50nm，而長度可達(dá)75μm，縱橫比高達(dá)1000[38]。黑磷納米帶將可能成為低維材料研究的新寵兒。黑磷納米帶在結(jié)構(gòu)上可根據(jù)對(duì)單層黑磷烯裁切的方向不同分為zigzag、armchair和tilted型納米帶[39]。Carvalho等人通過DFT計(jì)算研究發(fā)現(xiàn)，各種類型納米帶的形成能都非常相近，在0.1eV/atom左右[40]。早在實(shí)驗(yàn)之前，人們就已對(duì)黑磷納米帶的各方面物理性質(zhì)做了大量理論預(yù)測。因?yàn)锽P結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)上的各向異性，對(duì)應(yīng)的納米帶也會(huì)因?yàn)檫吘壢∠虻牟煌谛再|(zhì)上出現(xiàn)很大區(qū)別。最直接的表現(xiàn)是，zigzag型納米帶（Zigzagphosphorenenanoribbon,ZPNR）是金屬特性，而armchair和tilted型納米帶則仍然為半導(dǎo)體特性[41,42]。其中zigzag黑磷納米帶和armchair黑磷納米帶的能帶結(jié)構(gòu)[43]如圖1.4，顯然(b)(a)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Black phosphorus electronics[J]. Hao Huang,Bei Jiang,Xuming Zou,Xingzhong Zhao,Lei Liao.  Science Bulletin. 2019(15)
[2]Strategies for improving the lithium-storage performance of 2D nanomaterials[J]. Jun Mei,Yuanwen Zhang,Ting Liao,Ziqi Sun,Shi Xue Dou.  National Science Review. 2018(03)



本文編號(hào)：2911877