金剛石作為一種具有優(yōu)異力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)以及光學(xué)性能的寬帶隙半導(dǎo)體材料,在高頻、高功率、高溫電子器件、光電器件、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來(lái),新型二維材料的發(fā)現(xiàn)、表征以及應(yīng)用的研究呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此,二維金剛石相關(guān)的新結(jié)構(gòu)和新性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注,尋找具有穩(wěn)定構(gòu)型和新奇特性的低維金剛石材料便成為一項(xiàng)具有重要研究?jī)r(jià)值的課題。此外,材料的表面性質(zhì)在界面、催化以及電子發(fā)射等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,因此研究金剛石材料的表面結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性以及電學(xué)性質(zhì)具有重要的意義。立方氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似,并且也是一種寬帶隙半導(dǎo)體,研究其表面結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)可以為實(shí)驗(yàn)合成以及實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本文首先研究了二維（100）金剛石納米膜的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性以及電學(xué)性質(zhì)隨層數(shù)的變化規(guī)律,并通過(guò)表面氫化和氟化對(duì)納米膜的結(jié)構(gòu)特征和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控;其次,通過(guò)結(jié)構(gòu)搜索和第一性原理計(jì)算,系統(tǒng)地研究了硼終端金剛石（100）面的穩(wěn)定構(gòu)型、電子親和能和電學(xué)特性;最后,研究表面未重構(gòu)和重構(gòu)的立方氮化硼（111）面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,并通過(guò)表面氫化和氟化進(jìn)一步探究表面的結(jié)構(gòu)演化特性、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì),然后分析了...

【文章頁(yè)數(shù)】：112 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1.15 金剛石（111）表面（2×1）重構(gòu)的低能電子衍射像[45]。

表面重構(gòu)一般產(chǎn)生于材料的解理,生長(zhǎng)或是對(duì)材料進(jìn)行濺射和退火處理的過(guò)程中。在材料的制備過(guò)程中,表面結(jié)構(gòu)一般會(huì)重構(gòu)到能量最低的結(jié)構(gòu)。重構(gòu)傾向于通過(guò)再次雜化使表面懸空鍵趨于飽和,或是轉(zhuǎn)化成可能由孤對(duì)電子填充或全空的非成鍵電子態(tài)。此外,重構(gòu)過(guò)程中也會(huì)減少表面的電荷積聚。金剛石主要有三個(gè)低....

圖1.16 CALYPSO軟件預(yù)測(cè)金剛石（100）表面的重構(gòu)類(lèi)型[49]。

金剛石（100）表面上每個(gè)原子包含兩個(gè)懸空鍵,所以這樣的（1×1）結(jié)構(gòu)在能量上是不穩(wěn)定的。相鄰的表面原子通過(guò)形成π鍵的（2×1）二聚體結(jié)構(gòu),從而大大降低其表面能量。表面的二聚體構(gòu)型中的雙鍵會(huì)產(chǎn)生的π成鍵軌道和π*反鍵軌道的表面態(tài),并處于電子能帶結(jié)構(gòu)中的能隙中[46,47]。這種....

圖1.17（a）金剛石（110）和（b）（111）面未重構(gòu)結(jié)構(gòu)；（c）（111）面（2×1）Pandey鏈重構(gòu)結(jié)構(gòu)。

如圖1.17a所示,純凈的（110）表面上兩個(gè)原子層通過(guò)一些弛豫會(huì)形成π鍵連接的鋸齒形鏈狀結(jié)構(gòu),并且表層的碳原子之間的鍵長(zhǎng)和鍵角與（111）表面Pandey（2×1）鏈非常接近[50]。這種構(gòu)型與Pandey（2×1）鏈重構(gòu)表面情況類(lèi)似,可以使表層碳原子的懸空鍵飽和,達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)....

圖1.18（a）六角型氮化硼,（b）立方型氮化硼,（c）纖鋅礦型氮化硼。

氮化硼是一種常見(jiàn)的III?V族化合物,硼?氮鍵主要表現(xiàn)為共價(jià)鍵特性,但由于硼和氮之間電負(fù)性的差異,所以其中也包含一些離子鍵特性。外層價(jià)電子不同的軌道雜化方式導(dǎo)致了氮化硼產(chǎn)生了多種同分異形體（圖1.18）,其中常見(jiàn)的有六方型氮化硼（h-BN）[75]、立方型氮化硼（c-BN）[76....

本文編號(hào)：4031568