[發(fā)明專利]電子輸運性能更優(yōu)的IV-V族二維半導(dǎo)體模型構(gòu)建方法

有效

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• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112507653B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張錚琪;宋家欣;陳俊山;曾暉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398;H01L29/30
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開了一種電子輸運性能更優(yōu)的IV?V族二維半導(dǎo)體模型構(gòu)建方法，方法包括以下步驟：選取IV族元素和V族元素，構(gòu)建二維半導(dǎo)體理想模型；計算理想模型的電子輸運性質(zhì)，包括能帶結(jié)構(gòu)、伏安特性IV曲線以及傳輸特性；基于所述二維半導(dǎo)體理想模型構(gòu)建多種二維半導(dǎo)體缺陷模型；計算各缺陷模型的電子輸運性質(zhì)，包括能帶結(jié)構(gòu)、伏安特性IV曲線以及傳輸特性；根據(jù)二維半導(dǎo)體理想模型以及各缺陷模型的電子輸運性質(zhì)，選取最優(yōu)的二維半導(dǎo)體缺陷模型。本發(fā)明對理想的二維半導(dǎo)體模型進行缺陷設(shè)計，使缺陷周圍重建期間形成的新建長度來評估結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高了最優(yōu)方案的精確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型二維半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種電子輸運性能更優(yōu)的IV-V族二維半導(dǎo)體模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

隨著電子信息行業(yè)的快速發(fā)展與科技材料需求的不斷提高，提升電子器件材料的輸運性能成為至關(guān)重要的任務(wù)。當(dāng)前，傳統(tǒng)半導(dǎo)體大部分由硅制作，因為硅的三維周期結(jié)構(gòu)，每個硅原子都連接著周圍4個硅原子，會引入其他的一些雜質(zhì)，使得其遷移率受到影響，導(dǎo)致三維半導(dǎo)體應(yīng)用于電子設(shè)備時仍然具有的缺陷。而相對而言，二維半導(dǎo)體可以在一個較小的器件里，有較高電流開關(guān)比，逐漸成為當(dāng)今發(fā)展的趨勢。

IV-V族化合物成為近年來也成為科研工作者的關(guān)注焦點之一，并且已經(jīng)在各個領(lǐng)域嶄露頭角。Ⅳ族元素組成的二維材料如石墨烯等，因其具有獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電子輸運性能而受到廣泛關(guān)注，但因其缺乏本征帶隙，限制了其在發(fā)光二極管方面的應(yīng)用。而Ⅴ族元素組成的二維材料如磷，雖然具有連續(xù)可調(diào)帶隙，但由于在空氣不穩(wěn)定，也限制了其未來的應(yīng)用。將IV族元素與Ⅴ族元素相結(jié)合，由于二者晶格常數(shù)大小不同，在兩種材料間產(chǎn)生了晶格失配，可以生長出失配率很高的外延層，使晶格的失配可以通過合金層的應(yīng)變得到補償或調(diào)節(jié)。在電學(xué)性能方面，Ⅳ－V族二維半導(dǎo)體具有較高的載荷子遷移率和可調(diào)帶隙，適用于電子和光電子器件，其優(yōu)異的高比表面積，使其適用于做電催化物，在電子、光電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

對此，國內(nèi)外專家進行了廣泛的研究。2017年，Liqin Zhou等計算得到單層IV-V族二維半導(dǎo)體具有良好的動力學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性，層間結(jié)合能很小，較容易從自然界中存在的大塊固體中剝落，且具有相對較小且各向異性的載流子有效質(zhì)量，但由于其易剝落的性質(zhì)，在現(xiàn)實使用中會存在不穩(wěn)定的情況。2018年，C.S.Jung等采用液相剝離法制備了單層IV-V族半導(dǎo)體納米片，發(fā)現(xiàn)其具有良好的穩(wěn)定性，能產(chǎn)生較大且穩(wěn)定的光電流，且可見光照射下顯示出良好的光電化學(xué)分解水的性能，但是在實驗之后電子輸運性能會大大減弱。同年，J.Guo等制備了少數(shù)層IV-V族半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其在室溫下為空穴導(dǎo)電型半導(dǎo)體，與最先進的過渡金屬硫化物晶體管性能相當(dāng)，但使用溫度需要嚴(yán)格把控，不適用于大多數(shù)情況。以上研究均存在二維半導(dǎo)體材料在環(huán)境條件下不穩(wěn)定，使得其電學(xué)性能會由于不同環(huán)境產(chǎn)生波動的情況。

綜上所述，現(xiàn)階段所研究的二維半導(dǎo)體材料均存在不穩(wěn)定的情況。對于易制備的材料，其實際應(yīng)用中性能會產(chǎn)生波動；對于易與其他物質(zhì)反應(yīng)的材料，其電學(xué)性能會在使用后大大減弱；性能好且穩(wěn)定的二維半導(dǎo)體材料適用溫度范圍又極為有限。所以引入各種缺陷以適應(yīng)不同偏壓下的差異，設(shè)計并仿真計算一個優(yōu)化的結(jié)構(gòu)來改善納米器件的電子輸運，這對IV-V半導(dǎo)體的實際應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種電子輸運性能更優(yōu)的IV-V族二維半導(dǎo)體模型構(gòu)建方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種電子輸運性能更優(yōu)的IV-V族二維半導(dǎo)體模型構(gòu)建方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，選取IV族元素和V族元素，構(gòu)建二維半導(dǎo)體理想模型；

步驟2、計算理想模型的電子輸運性質(zhì)，包括能帶結(jié)構(gòu)、伏安特性IV曲線以及傳輸特性transmission；

步驟3，基于所述二維半導(dǎo)體理想模型構(gòu)建多種二維半導(dǎo)體缺陷模型；