本文關(guān)鍵詞： 密度泛函理論 二維磷化硼 電子結(jié)構(gòu) 載流子遷移率 光學吸收譜 太陽能電池　出處：《中國科學技術(shù)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：納米材料是在三個維度上至少有一個維度的幾何尺寸介于1nm到100nm之間的材料,會出現(xiàn)一些在體相中所觀察不到的奇異的物理與化學性質(zhì)以及微觀量子現(xiàn)象,從而加深了人們對自然世界的認識,同時也大大地拓寬了新的運用領(lǐng)域。納米材料的運用已遍及了各個領(lǐng)域,其中主要有納米半導體、納米磁性、納米催化、納米計算機、以及醫(yī)療上的應(yīng)用等。由納米材料所引發(fā)的納米科技極大地促進社會進步和經(jīng)濟發(fā)展,而且隨著時代的發(fā)展這種影響將會越來越大,并逐漸滲入人們生活的方方面面。因而納米材料研究價值非常大。 自從石墨烯被合成出之后,由于其特殊優(yōu)異的化學物理性質(zhì),引發(fā)低維材料的研究熱潮。后來相繼的有第四主族的硅烯、鍺烯,三五主族的六方氮化硼,過渡金屬硫化物,和第五主族的磷烯等二維納米材料,作為在光電器件和電子器件等半導體器件方面的潛在應(yīng)用,而相繼被研究。最近另一個二維材料磷化硼也逐漸引起大家的注意,雖然沒有被實驗合成出,但最近已有實驗在硅的表面上合成出了磷化硼薄膜,且已有相關(guān)的理論方面的文章對其穩(wěn)定性和器件方面的應(yīng)用有了一定的研究。通過我們的計算,發(fā)現(xiàn)二維磷化硼在半導體器件方面有著優(yōu)異的綜合性質(zhì),并將有著廣泛的運用前景。 從頭算第一性原理密度泛函理論已經(jīng)成為研究納米材料的一種重要的研究手段。在此篇論文中,我們主要用了密度泛函理論的方法,來研究二維磷化硼多層材料的各種化學物理性質(zhì)。 第一章簡要介紹了第一性原理密度泛函的開創(chuàng)與發(fā)展。密度泛函理論是將電子密度替換波函數(shù)作為研究的基本量,并將各個參量都看作是基態(tài)電子密度的函數(shù)來處理。由于電子密度只具有三個維度,從而在實際運用上與概念上都更為方便地處理。與波函數(shù)相較而言,電子密度大大地減小了計算量和節(jié)省了計算資源。此外密度泛函理論在許多方面有了很大的發(fā)展,并取得了一定的成功,尤其是對已知結(jié)構(gòu)材料的各種基態(tài)性質(zhì)的相關(guān)研究。最后介紹了與密度泛函有關(guān)的一些計算軟件包。 第二章首先研究磷化硼體相的原子和電子結(jié)構(gòu)信息,與實驗參數(shù)進行比較,從而確定計算方法。接著計算了單層磷化硼的結(jié)構(gòu)信息及其穩(wěn)定性,然后通過解離能的計算確定了二維磷化硼從體相中剝離出后其層數(shù)的可能性。緊接著我們研究了多層磷化硼和體相磷化硼的電子結(jié)構(gòu),并據(jù)此計算了多層磷化硼的載流子輸運和光學吸收性質(zhì),最后計算了二維磷化硼體系的化學穩(wěn)定性和在空氣中的化學惰性。通過這一系列的計算,發(fā)現(xiàn)二維磷化硼體系在半導體器件方面有著其它已知二維材料所不具有的綜合的優(yōu)異性質(zhì),因此具有極其廣闊的運用前景。
[Abstract]:Nanomaterials are materials with at least one dimension in three dimensions ranging in size from 1 nm to 100 nm, resulting in strange physical and chemical properties and microscopic quantum phenomena that are not observed in the physical phase. This has deepened people's understanding of the natural world, and at the same time greatly broadened the new fields of application. Nanomaterials have been widely used in various fields, including nano-semiconductors, nanomagnetic, nano-catalysis, nano-computers, Nanotechnology triggered by nanomaterials has greatly promoted social progress and economic development, and with the development of the times this impact will become greater and greater. And gradually infiltrated into all aspects of people's lives, so the research value of nanomaterials is very great. Since the synthesis of graphene, due to its special excellent chemical and physical properties, it has triggered a research boom in low-dimensional materials. Later, there were 4th main groups of silicene, germane, hexagonal boron nitride, transition metal sulfides, As potential applications in semiconductor devices such as optoelectronic devices and electronic devices, two dimensional nanomaterials, such as phosphorene and 5th, have been studied one after another. Recently, another two-dimensional material, boron phosphide, has attracted more and more attention. Although it has not been synthesized by experiments, we have recently synthesized boron phosphide films on the surface of silicon, and some related theoretical articles have studied its stability and device applications. It is found that two dimensional boron phosphates have excellent comprehensive properties in semiconductor devices and will have a wide application prospect. The ab initio first principles density functional theory (DFT) has become an important research tool for the study of nanomaterials. In this paper, we mainly use the DFT method. To study the chemical and physical properties of two-dimensional boron phosphating multilayer materials. The first chapter briefly introduces the creation and development of the first principle density functional. The density functional theory takes the electron density substitution wave function as the basic research quantity. Each parameter is treated as a function of the ground state electron density. Because the electron density has only three dimensions, it is more convenient to process in practice and conceptually. Compared with the wave function, The electron density has greatly reduced the computational cost and saved the computational resources. In addition, the density functional theory has developed greatly in many aspects, and has achieved certain success. In particular, the properties of various ground states of known structural materials are studied. Finally, some calculation software packages related to density functional are introduced. In the second chapter, the atomic and electronic structure information of boron phosphating phase is studied, and compared with the experimental parameters, the calculation method is determined, and then the structure information and stability of monolayer boron phosphine are calculated. Then the possibility of the number of layers after the two dimensional boron phosphide is removed from the bulk phase is determined by the calculation of dissociation energy. Then we study the electronic structure of multilayer boron phosphate and bulk boron phosphate. The carrier transport and optical absorption properties of multilayer boron phosphide are calculated. Finally, the chemical stability and chemical inertia in air of two-dimensional boron phosphate system are calculated. It is found that the two-dimensional boron phosphating system has excellent properties which other known two-dimensional materials do not have in semiconductor devices, so it has a very broad application prospect.
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O613.81

【共引文獻】

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本文編號：1511338