第Ⅳ主族二维硒化物异质材料的理论研究.pdfVIP

摘要 近年来随着二维(2D)材料的高速发展，第1V主族单元素2D材料磷烯因其 突出的光电性质也获得大量的关注。磷烯主要分为黑磷相和蓝磷相两种稳定结构， 均具有高载流子迁移率、各向异性和层依赖的带隙值等特性，使得它们在场效应 晶体管、超级电容器及太阳能电池等方面拥有广阔的应用前景。因价电子数相同， 有地球储备丰富、成本低、环境友好等优点。目前已经有大量的研究报导了MX 材料的光电性质，但对它们形成异质结，进行改性的研究较少开展。本论文基于 第一性原理的计算和模拟，对SnSe和GeSe材料分别形成Ge。SnI喂Se合金、 SnSe／GeSe面内异质结以及GeSe同质范德华异质结的电子结构进行系统性研究。 主要内容如下： 和光学性质。计算得到GeSe和SnSe的互熔温度约为580K。随着Ge浓度的增加， 合金的带隙值随之增大，其中当Ge浓度超过0．5时，合金具有直接带隙。光学计 算表明，材料具有各向异性的特征，另外通过合金化提高了材料的光吸收系数。 2．阐明了面内异质结SnSe／GeSe在施加应力情况下对材料电子结构的影响。结 果表明，当拉伸应变作用于异质结的ZZ(Zigzag)边缘时，带隙值变化不大，但 电子空穴同时占据在SnSe；若改变界面方向的晶格参数，异质结的电荷密度有较 大转变，电子．空穴先占据在同种物质上，后随着应力增大，实现电子．空穴分离， 且异质结的带隙值也会随着这种变化减小或增大。若以ZZ方向为界面方向，沿 AC(Armchair)方向施加拉伸应变，也可以观察到载流子的分离，即形成II型异质 结。 3．计算了黑磷相与蓝磷相GeSe形成的同质范德华异质结的电子结构，并通过 改变层间距或电场对其电子结构进行调控。我们发现，通过调整层间距和施加拉 应力的方式可调节异质结的带边位置。构建了AA、AB两种结构的异质结，其中 以AB方式构建的异质结具有II型能带排列，且在外电场的作用下可转变为直接 带隙，而AA型的异质结也可以通过增加层间距或施力n#l-电场的方式来调节带隙 值。此外，异质结具有优异的光学性质，表现为较强的吸收系数(约为105cmJ)和 各向异性，并且在近红外到可见光区域具有明显的光学吸收。 关键词：第一性原理；类磷烯材料；黑磷相；蓝磷相；异质结构；电子结构； 光学性质 Abstract Inrecent the of years，with rapiddevelopment IV 2Dmaterial hasalsoreceivedmuchattentiondue groupsingle-elementphosphorene toits is dividedintotwo outstandingphotoelectricproperties．Phosphorenemainly stable and structures，namely,black—phosphorene-phase have carrier and band makethem high mobility,anisotropylayer-dependentgaps，which solarcells． broad inthefieldsofeffect and applicationprospects transistors，spintronics thenumberofvalenceelectronsisthe 2Dmaterial Since same，IV-VI MX(M=Ge，Sn； structuralsimilartothatofthe havethe X=S，Se)have