低维CdSe和ReS2材料的电子结构及性能的第一性原理研究

论文摘要

随着电子工业的迅速发展,基于硅材料设计的电子元器件的特征长度已经趋于物理极限,为了延续摩尔定律,微电子器件特征尺寸已进入纳米量级,从而使得人们寻求更低维度的半导体新材料。低维半导体材料在电子、光学、热力学、机械以及化学上有着优异的特性,表现出块材所不具备的物理化学性质。因此,对低维半导体材料性能的分析以及调控可以促进新型高性能半导体器件的设计与制备。本文基于第一性原理计算分析了施加应力对一维CdSe纳米线和二维单层ReS2载流子迁移率的影响。对于一维CdSe纳米线主要考虑了应力大小和纳米线尺寸对载流子输运性能的影响;对于二维单层ReS2则主要考虑了应力施加的方向和大小对载流子输运性能的影响。此外,还计算分析了CdSe-金属接触时的几何结构、结合能、电子结构以及结合方式等。主要内容如下:（1）系统研究了在应力条件（-10%10%）下,三种不同横向尺寸（1.2 nm、1.6nm和2.4 nm）的CdSe纳米线的能带结构、弹性模量、形变势、载流子有效质量以及载流子迁移率的变化情况。研究结果表明,无论施加多大应力,不同尺寸的CdSe纳米线均保持为直接带隙不变,并且带隙均会随着所施加应力大小的增加而减少。对比不同尺寸的CdSe纳米线可以发现,横向尺寸较小的纳米线具有更高的载流子迁移率。当对横向尺寸为1.2 nm的CdSe纳米线施加-10%应力时,可以得到最大值的电子迁移率和空穴迁移率,分别为2890 cm2·V-1·s-1和2273cm2·V-1·s-1。（2）在施加-5%5%应力情况下,研究了二维单层ReS2在b方向和c方向分别受到单轴应力以及b方向和c方向受到双轴应力时的能带结构、弹性模量、形变势、载流子有效质量以及载流子迁移率的变化情况。研究结果表明,二维单层ReS2具有很强的各向异性,在不同方向施加应力对二维单层ReS2的载流子输运有较大的影响。在c方向施加应力,输运方向沿c方向,所施加应力为5%时电子迁移率可达到最大值(6393 cm2·V-1·s-1);在施加双轴应力的情况下,输运方向沿b方向,在应力为-5%时空穴迁移率达到最大值(3208 cm2·V-1·s-1)。因此,对单层ReS2施加适当的应力可以提高其载流子迁移率,电子迁移率最多可以提升约5倍,空穴迁移率最多提升约25%。（3）研究了纳米CdSe与Cu、Ag和Au接触时的一些性质,通过对其几何结构、结合能、电子结构以及结合方式的研究,发现纳米CdSe与金属接触形成的体系呈现出金属性,并且体系的能带结构主要由金属决定。纳米CdSe与Cu、Ag和Au三种金属接触失配度均不高,其中与Au的失配度最低,约为2.5%,表明纳米CdSe能与Au能形成更好的接触。此外,结合能计算结果均为正值,表明体系在结合过程中会放热,意味着金属-半导体接触有较好的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 一维材料
•   1.3 二维材料
•   1.4 本文的主要工作内容及安排
• 第2章 第一性原理计算方法和材料结构
•   2.1 密度泛函理论
•     2.1.1 密度泛函理论基本思想
•     2.1.2 交换关联势
•     2.1.3 赝势平面波法
•   2.2 载流子输运理论
•     2.2.1 玻尔兹曼传输理论
•     2.2.2 有效质量近似
•   2.3 第一性原理计算软件选取
•   2.4 两种材料的电子结构
•     2.4.1 CdSe纳米线结构
• 2 结构'>    2.4.2 二维ReS₂结构
•   2.5 本章小结
• 第3章 硒化镉纳米线在应力作用下的研究
•   3.1 计算模型与参数
•   3.3 计算结果与讨论
•   3.4 本章小结
• 2 物理性质的影响'>第4章 应力对二维ReS₂物理性质的影响
•   4.1 计算模型与参数
•   4.2 计算结果与讨论
•     4.2.1 b方向施加应力
•     4.2.2 c方向施加应力
•     4.2.3 b方向和c方向施加双轴应力
•   4.3 本章小结
• 第5章 硒化镉与金属接触
•   5.1 计算模型与参数
•   5.2 CdSe在金属基底上的生长
•   5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜豹

导师: 汪礼胜

关键词: 纳米线,单层,第一性原理,应力,迁移率

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 武汉理工大学

分类号: O48;TB383.1

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000343

总页数: 69

文件大小: 2210K

下载量: 19