發(fā)布時(shí)間：2021-09-28 05:19

　　近年來(lái),一個(gè)或多個(gè)維度被限制在納米尺度下的新型低維材料逐漸成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的三維塊體材料相比,低維材料由于量子限制、表面和界面等效應(yīng),具有獨(dú)特的電子、光學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)。因此,低維材料在工業(yè)技術(shù)應(yīng)用方面有著巨大的潛力,尤其是為納米電子器件的發(fā)展注入了新的活力,并且提供了擁有極多可能性的新的基礎(chǔ)科學(xué)研究方向。與此同時(shí),理論物理化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步也是日新月異,這促使了很多量子計(jì)算方法的產(chǎn)生。其中,基于密度泛函理論的第一性原理方法使得我們可以用數(shù)值方法求解復(fù)雜體系的薛定諤方程,進(jìn)而獲得與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相近的材料體系的物理化學(xué)性質(zhì)。通過(guò)對(duì)低維材料的理論計(jì)算研究,可以預(yù)測(cè)材料體系的未知性質(zhì),為實(shí)驗(yàn)制備、測(cè)量和應(yīng)用等提供參考,從而節(jié)省資源并提高實(shí)驗(yàn)效率。因此,本論文的主題是為了突破當(dāng)前電子器件發(fā)展瓶頸,采用第一性原理計(jì)算的方法,結(jié)合實(shí)驗(yàn)體系,對(duì)一些新型低維材料的電子結(jié)構(gòu)和調(diào)控、表面和界面效應(yīng)、量子輸運(yùn)以及潛在應(yīng)用進(jìn)行研究。圍繞這一主題,我們有兩個(gè)切入點(diǎn):利用低維材料設(shè)計(jì)新型邏輯器件,并且對(duì)新型低維半導(dǎo)體材料性質(zhì)進(jìn)行理論計(jì)算研究。貫穿本論文的研究有三條主線:（1）結(jié)合實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)... 

【文章來(lái)源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：171 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１?２０世紀(jì)器件加工精度隨時(shí)間的演變

測(cè)邏儀器??：｜?：?＇、＇、?Ｊ?、、超高精度磨床?（多普《）．多反射）??０．００１?Ｍｍ，?ｉａ３?Ｊ＂?／?；ｉ?＼／＊?？．…Ｌ．．Ｊ．…；：：４????ｌｎｍ?ｙｉ＿Ｌ－Ｃ＼?ｉ丨０．００鄺ｍｊ、、、原子、分子或離子束加工，?掃描電子顯韻．透射??０．３?ｎｍ?－＾１?；；?Ｖ．?４－４?電子顯Ｍ？電子行射??（原子晶格尺度ｆ具賄度＿平均維＇?＿丨ｎ?丨＾物質(zhì)合陽(yáng)?＝＝ｒ．ｘｗ??１９００?１９２０?１９４０?１９６０?１９８０?２０００?年度??圖２－１?２０世紀(jì)器件加工精度隨時(shí)間的演變。譯自文獻(xiàn)丨５丨。??學(xué)家Ｇ．?Ｂｉｎｎｉｎｇ和Ｈ．?Ｒｏｈｒｅｒ發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ??ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，?ＳＴＭ）并因此獲得了?１９８６年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。ＳＴＭ的發(fā)明是納??米科技史的里程碑。１９８９年，美國(guó)ＩＢＭ公司的科學(xué)家Ｄｏｎａｌｄ?Ｍ．?Ｅｉｇｌｅｒ和??Ｅｒｈａｒｄ．?Ｋ．?Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ使用ＳＴＭ在鎳表面將氙原子排成了?ＩＢＭ的字樣，人類??進(jìn)入了可以操控單個(gè)原子的時(shí)代。１９９０年７月第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)大會(huì)??在美國(guó)巴爾的摩舉行，至此，納米材料正式成為了材料科學(xué)的一個(gè)新學(xué)科。??掌握摩爾定律?ＣｃｒｅｉＳ＊?１〇〇ｆｚ；??英特爾在主流微處理器芯片上封?Ｉｎｔｅｌ?Ｃｏｒｅ?２?Ｄｕｏ?ＵｉＺ?＼??裝更多晶體管的逬展。?４＿１ｆｚ、?ｗｉｚ??保用對(duì)數(shù)刻度）?Ｐｅｎｔｉｕｍ?４＊?ｆ－—＾Ｃｏｒｅ?ｉ５?＾??＊表示上一代芯片?億?１?１０億?ｉ０００萬(wàn)??的升級(jí)版?Ｉ??．．．?—■Ｊ＂１?１。。萬(wàn)??．

ＤＢ?ｌａｙｏｕｔ．??Ｖａｃｕｕｍ?Ｓｉ??｜?ＣＢ?ｄｂｏ??｜ｍ?ｒＴ＇ＤＢＷＴｎ－＾?ｅ％１?ｗＭｓｍ??Ｉ／）?—Ｊ－ｒ—／?觀?＾??ｃｏ?：?ｊ??ｇ５?ｊ?ＩｄＢ（＋／０）４＿Ｖ?ＤＢ：??Ｑ）????ｐｉ?Ｄｏｗｎｗａｒｄ?ＢＢ?＾?＼Ｊ＾??。?ＡＥｎｅｒｇｙ??＿?丄?寸－Ｈｚ?＾??￣—Ｄｅｐｔｈ?＾??（ｃ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＤＢ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ?ｄｉａｇｒａｍ．?（ｄ）?ＤＢ?ＡＦＭ．??圖２－３?Ｕ）Ｈ－Ｓｉ（１００）－２Ｘ１表面解吸附一個(gè)氫原子后形成一個(gè)價(jià)軌道，由藍(lán)色標(biāo)示，其??具有處于硅帶隙中的電荷態(tài)。（ｂ）Ｈ－Ｓｉ（１００）－２ｘｌ表面的俯視圖，其中黑色虛線方框標(biāo)??出了（?ａ?）中所示的區(qū)域；藍(lán)色點(diǎn)代表一個(gè)ＤＢ；灰色點(diǎn)代表可以用于制備ＤＢｓ的氫原子??的位置。（ｃ?）?ＤＢ的能級(jí)圖，展示了帶隙中ＤＢ從正價(jià)態(tài)到中性態(tài)（＋／０?）以及中性態(tài)到??負(fù)價(jià)態(tài)（〇／－）的電荷轉(zhuǎn)移水平；紅色、藍(lán)色和黑色態(tài)分別表示向上、向下的能帶彎曲以??及無(wú)能帶彎曲；為基底的費(fèi)米能級(jí)。（ｄ?）處于ＤＢ０?（單占據(jù)）態(tài)和ＤＢ－（雙占據(jù)）??態(tài)的一個(gè)ＤＢ的ＡＦＭ圖像，其中由對(duì)比度可以直接判斷ＤＢ的電荷態(tài)。摘自文獻(xiàn)丨３９］。??這些電荷態(tài)可以使用原子力顯微鏡（ａｔｏｍｉｃ?ｆｏｒｃｅ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＡＦＭ）測(cè)量。??ＤＢｓ具有作為構(gòu)建計(jì)算邏輯電路的基礎(chǔ)單元的巨大潛力［４５］。圖２－４?（ａ）展示??了由３組呈放射狀分布的ＤＢ對(duì)構(gòu)成的二進(jìn)制“或”門。每一對(duì)ＤＢ通過(guò)其??含有的一個(gè)負(fù)電荷的位置傳達(dá)了?１比特的信息；而信息的輸入是由外圍的??ＤＢｓ激發(fā)


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