论文部分内容阅读
自石墨烯问世以来,因其出色的导电性和导热性被广泛用于诸多领域,同时也开启了二维（2D）材料时代的大门。2D材料因其厚度达到了原子级尺度以及具有独特的光电属性一直处于研究领域的前沿。高质量的2D晶体材料不仅有利于探索2D极限条件下的新奇物理现象,而且在光电子器件应用领域同样展现出了诸多新奇的应用和光明的前景。基于前人的工作,本文着重致力于对石墨烯基异质结的研究,构建了三个双层异质结分别为G/WS2,G/GaN,G/SiC以及一个三层异质结GaN/G/WS2（TLH2）。系统地研究了它们在层间耦合,外加电场,双轴应变等条件下对异质结在带隙大小,肖特基势垒调控,欧姆接触的转变,内部层间电荷转移等多个方面的影响。首先研究G/WS2异质结,与本征WS2带隙相比,G/WS2异质结中WS2的带隙减少了0.57 eV,形成了一个势垒高度为0.22 eV的n型肖特基接触。此外,通过施加垂直电场可实现G/WS2异质结从n型到p型肖特基接触转变。G/WS2异质结的ΦBn和ΦBp随应变的变化很敏感,但双轴应变只能改变肖特基势垒的高度,不能发生从n型变为p型。接着研究了 G分别堆叠GaN和SiC的异质结。在施加外电场影响下,两个异质结都有各自的肖特基接触转变点,从p型肖特基接触转变为欧姆接触均发生在Eext>0.10 V/A时。对于双轴应变,这两个异质结均保持了良好的p型肖特基势垒。不同之处在于,G/GaN中的GaN在应变大小为-7%～9%范围内转变为直接带隙,而在G/SiC中的SiC始终保持间接带隙。G/GaN的欧姆接触发生在ε>7%,而G/SiC发生在ε>5%。通过分析不同双轴应变下的静电势,进一步探索了两种异质结的层间的电荷转移情况。最后,研究了通过掺杂和双轴应变对GaN/G/WS2三层vdW异质结的电子性能的影响。Mg或Se掺杂可以调节TLH2三层vdW异质结的掺杂类型。带隙随着正应变的增加而减小,且维持一个p型肖特基势垒接触;带隙随着负应变的增加,先增大后减小。当|ε|≥|-5|%时变为间接带隙,当|ε|≥|-7|%时,肖特基势垒接触从p型变为n型。应变下的电荷是由GaN层转移到G和WS2层,并且电子转移随应变的增加而增多。正应变下更多的电子转移到WS2,负应变下更多的电子转移到了 G。相信本文的研究对于石墨烯基异质结在光电子器件,纳米器件,传感器设计等多个领域的起到推进作用,并对设计优良的肖特基器件和大型功率器件也具有一定的参考价值。