基于石墨烯二维异质结电子性质的研究

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ifever2006
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自2004年单层石墨烯通过机械剥离的方法成功的被制备出。二维材料备受研究者的关注由于其优异的物理性质,化学性质等。金属硫属化合物是一种层状材料,其结构为六方蜂窝状,原子堆垛方式为A-B-B-A。由于其独特的结构和新颖的性能吸引了研究者对金属硫属化合物研究。不同与石墨烯,金属硫属化合物有着适中的带隙。这使得其被广泛的用于光电子器件、生物催化、传感器等方面。为了解决单一二维层状材料性能的局限性,研究人员开始将不同先进二维材料复合起来,从而形成二维异质结构。本文基于第一性原理方法研究金属硫属化合物与石墨烯形成的异质结构的结构及其相关的电子性质。设计了碲化镓/石墨烯异质结构和碲化铟/石墨烯异质结构。研究了这两种异质结构的几种堆垛方式并筛选出其中能量最低最稳定的堆垛方式。在接下来计算中用最稳定的堆垛结构探究异质结构的电子性质。首先,计算了异质结构的结合能并分析其结构的稳定性。其次,计算了异质结构的静电势能和面差分电荷密度,分析形成异质结构之间的电场的形成以及层间电荷转移情况。最后,探究了异质结构层间距和外加垂直电场对其肖特基势垒高度的影响以及肖特基接触类型的转变。本文通过计算异质结构的结合能得出其结构是稳定的。计算碲化镓/石墨烯和碲化铟石墨烯异质结构的电子结构,发现碲化镓和石墨烯、碲化铟和石墨烯的电子性质都很好的被保留在碲化镓/石墨烯、碲化铟/石墨烯异质结构中并且平衡状态下形成p-型肖特基接触。同时注意到在这两种异质结构中石墨烯的带隙均被打开几十毫电子伏特。由静电势能和差分电荷可得出在这两异质结构中半导体和石墨烯界面之间存在较大静电势能差并且电荷从石墨烯转移到半导体。通过调节异质结构层间距离或者外加垂直电场方法,发现碲化镓和碲化铟的费米能级发生上下移动,导致这两种异质结构肖特基势垒高度和肖特基接触类型发生转变。这两种方法都可以很灵敏的调节异质结构的肖特基势垒高度和肖特基的接触类型。希望本工作能为未来材料的设计和实验提供有效的帮助。
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