載流子遷移率是反映半導(dǎo)體輸運(yùn)性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù),而室溫下的電-聲子散射是影響熱載流子本征輸運(yùn)的主要因素。本論文通過基于密度泛函微擾理論（Density Functional Perturbation Theory,DFPT）的第一性原理方法,結(jié)合瓦尼爾插值函數(shù),研究了砷烯、銻烯及二維砷銻化合物的電-聲子散射,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合玻爾茲曼輸運(yùn)方程計(jì)算了聲子限制下的二維砷銻化合物的空穴和電子的遷移率。具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）我們首先分析了砷烯和銻烯的電子結(jié)構(gòu),接著比較了這兩個(gè)二維材料的電-聲子散射。在電-聲子散射的計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步對(duì)比了兩個(gè)體系的載流子馳豫時(shí)間和平均自由程。結(jié)果表明:兩個(gè)結(jié)構(gòu)的散射率有相同的變化趨勢(shì),在價(jià)帶頂（VBM）和導(dǎo)帶底（CBM）,散射率有極小值,隨著能量的增加,散射率也相應(yīng)的增加。同時(shí)我們又研究了光學(xué)波聲子和聲學(xué)波聲子對(duì)馳豫時(shí)間的影響。結(jié)果顯示,兩種結(jié)構(gòu)中,價(jià)帶頂處聲學(xué)波聲子有較大的馳豫時(shí)間,在砷烯和銻烯中的最大值分別為144 fs和250 fs。而在導(dǎo)帶底光學(xué)波聲子的馳豫時(shí)間值較大,其值分別為35 fs和38 fs。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算得到兩個(gè)體系的熱電子和熱空穴... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：45 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

二維第V主族材料被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如熱電器件，發(fā)光器件以及能源器件

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文3的同時(shí)，各種可調(diào)方法被用來豐富其性能和擴(kuò)展其應(yīng)用，這些改進(jìn)方法包括摻雜、缺陷、外加電場(chǎng)（應(yīng)變）、化學(xué)功能化和異質(zhì)結(jié)構(gòu)[28-30]。其中比較簡(jiǎn)單的一種方式是第V主族元素（AB）的內(nèi)部結(jié)合，可以看做是將A摻雜到半導(dǎo)體B中（稱為二維V-V二元材料），該方法在實(shí)驗(yàn)中十分常見且易于實(shí)現(xiàn)，為制備可調(diào)的原子結(jié)構(gòu)和電子特性提供了新的視角[31]。由于晶體結(jié)構(gòu)不同，所以表現(xiàn)出的性質(zhì)也不同，最近，Wen等人的計(jì)算表明，從穩(wěn)定性上來看，圖1.2九種第V主族元素構(gòu)成的二元化合物晶格結(jié)構(gòu)圖（包括俯視圖和側(cè)視圖)[32]。Figure1.2LatticestructurediagramofbinarycompoundscomposedbyninekindsofV-groupelements(includingtopandsideviews)[32].β-AsP，β-SbAs，α-BiAs，α-BiSb，α2-SbP以及α2-BiP相對(duì)于其他的二維V-V族化合物結(jié)構(gòu)來說是最好的，見圖1.2[32]。其中，二維AsP二元材料（黑色AsP單層）因其良好的直接帶隙，超過14000cm2V-1s-1的遷移率和高功率轉(zhuǎn)換效率而被預(yù)測(cè)為太陽能電池的有前途的替代材料[33]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)研究證明，二維AsP在中紅外（MIR）光電子器件領(lǐng)域也具有很大的應(yīng)用價(jià)值[34,35]。2018年，Chen等人對(duì)β相的六種二維V-V二元材料（PAs、PSb、AsSb、PBi、AsBi和BiSb）的研究表明，PAs、PSb、AsSb單分子層是間接帶隙半導(dǎo)體，而三種鉍化物（PBi、AsBi和BiSb）

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文133.2計(jì)算方法本文采用基于密度泛函微擾理論的第一性原理方法，使用的軟件包括Quantum-ESPRESSO[51]和EPW(Electron-PhononcouplingusingWannierfunction)[52]。As和Sb的結(jié)構(gòu)模型是使用MaterialStudio軟件創(chuàng)建的，隨后結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是使用Quantum-ESPRESSO軟件包，同時(shí)再利用它計(jì)算自洽和聲子色散關(guān)系。在整個(gè)過程采用模守恒贗勢(shì)，且通過測(cè)試得到，在同時(shí)采用PBE泛函和150Ry的截?cái)嗄�，k點(diǎn)網(wǎng)格取值為32×32×1，q點(diǎn)網(wǎng)格取值為16×16×1，這時(shí)計(jì)算的結(jié)果是最優(yōu)值。我們使用EPW來計(jì)算優(yōu)化后的晶格性質(zhì)，如：電-聲子自能，電-聲子散射率，馳豫時(shí)間和平均自由程，這時(shí)需采用插值后的k點(diǎn)和q點(diǎn)網(wǎng)格：400×400×1。3.3計(jì)算結(jié)果與討論3.3.1基本模型圖3.3.1是As和Sb優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)圖，左圖為俯視圖，右圖為側(cè)視圖，該結(jié)構(gòu)是典型的六方晶格，它們的晶格常數(shù)分別為a=b=3.61和a=b=4.11。圖3.3.1優(yōu)化后的As和Sb結(jié)構(gòu)圖。Figure3.3.1OptimizedgeometryofAsandSb.3.3.2彩色能帶圖我們計(jì)算了電-聲子相互作用的自能虛部，并且將其和能帶圖結(jié)合起來，如圖3.3.2所示，（a）圖為As的彩色能帶圖，（b）圖為Sb的彩色能帶圖，其中不同的顏色代表不同的自能虛部值。我們可以清晰地看到這兩種結(jié)構(gòu)都是間接帶隙半導(dǎo)體，位于Г點(diǎn)的是價(jià)帶頂，導(dǎo)帶底則出現(xiàn)在沿著Γ-Μ方向，As和Sb結(jié)構(gòu)的能帶大小分別為1.51eV和1.17eV。其次，在兩種結(jié)


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