应变调控氢化锗烯中的分子掺杂

论文摘要

理论与实验研究表明,全氢化的锗烯(锗烷)是带隙为1.59 eV的非磁性半导体,而一侧半氢化的锗烯对应带隙为0.50 eV的铁磁性半导体,其优异的电子特性有望在光电器件、传感器、场效应管等诸多应用领域中得以展现。在实际应用过程中,如何有效的控制其电荷输运与掺杂是摆在科研工作者面前的一道难题。传统离子注入与迁移的掺杂方式不可避免的会对材料造成损害,从而降低材料的性能。因此寻找更为有效且方便可行的半导体掺杂方式成为当今国际前沿的研究热点。目前,利用电子受体分子或电子施体分子与材料间的相互作用,完成有效分子掺杂的研究引起了人们广泛的关注。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了tetrathiafulvalene(TTF)和tetracyanoquinodimethane(TCNQ)这两种不同类型分子吸附对氢化锗烯电子特性的影响。结果发现,电子受体分子TCNQ的吸附能使全氢化锗烯或半氢化锗烯均从半导体变为金属性质,而电子施体分子TTF的吸附仅使全氢化锗烯产生了n型掺杂效应。为了有效的调控氢化锗烯的分子掺杂,对全氢化锗烯和半氢化锗烯分别施加了双轴应变。计算结果表明,全氢化锗烯的带隙和TTF分子吸附所致的n型掺杂可受应变线性调控;而对于吸附TCNQ分子的全氢化锗烯而言,当外施拉应变达到2.5%时,全氢化锗烯/TCNQ体系又从金属转变为半导体,并实现了有效的p掺杂。与全氢化锗烯相比,半氢化锗烯对应变极为敏感,仅施加0.25%的拉应变后,TCNQ分子吸附导致的磁性半导体—金属的转变便发生了反转,并能在0.25%~1.25%的应变范围内保持p型磁性半导体的特征;而当应变达到1.5%时,吸附体系的电子结构再次发生变化,又一次从铁磁性半导体转变为金属。本文对氢化锗烯吸附分子后的几何结构、电荷转移与分布及电子性质的详细研究,解释了氢化锗烯吸附不同类型分子导致电子特性变化的原因,揭示了应变调控氢化锗烯中分子掺杂的机理,为相关实验提供了理论指导依据,并对日后基于氢化锗烯电子器件的实际应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 石墨烯简介
•   1.2 锗烯的研究现状
•   1.3 氢化锗烯的研究
•   1.4 本论文的研究意义及组织结构
• 第2章 理论基础及计算方法
•   2.1 密度泛函理论
•     2.1.1 绝热近似
•     2.1.2 单电子近似
•     2.1.3 Hohenberg-Kohn定理
•     2.1.4 Kohn-Sham方程
•   2.2 交换关联函数
•   2.3 VASP软件包介绍
• 第3章 应变调控全氢化锗烯中的分子掺杂
•   3.1 研究背景
•   3.2 计算方法与细节
•   3.3 全氢化锗烯的电子结构
•   3.4 分子吸附对全氢化锗烯电子特性的影响
•     3.4.1 TTF分子吸附
•     3.4.2 TCNQ分子吸附
•   3.5 应变对分子掺杂的调控
•     3.5.1 应变对TTF分子n掺杂的调控
•     3.5.2 应变对TCNQ分子p掺杂的调控
•   3.6 本章总结
• 第4章 应变调控半氢化锗烯中的分子掺杂
•   4.1 研究背景
•   4.2 计算方法与细节
•   4.3 半氢化锗烯的电子结构
•   4.4 TCNQ分子在半氢化锗烯表面的吸附
•   4.5 应变对半氢化锗烯/TCNQ体系电子特性的调控
•   4.6 本章总结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 本文总结
•   5.2 本文存在的不足及后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间公开发表的论文及科研情况
•   1 发表论文
•   2 专利
•   3 主要获奖情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王鑫

导师: 刘刚

关键词: 氢化锗烯,分子吸附,型掺杂,应变,电子特性

来源: 江西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 江西师范大学

分类号: TB302;TN304;O561

DOI: 10.27178/d.cnki.gjxsu.2019.000311

总页数: 53

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