Luận án Tính chất điện tử và các đặc trưng tiếp xúc trong cấu trúc xếp lớp van der waals dựa trên MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P)

Tên luận án:

TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ VÀ ĐẶC TRƯNG TIẾP XÚC TRONG CẤU TRÚC XẾP LỚP VAN DER WAALS DỰA TRÊN MA2Z4 (M = KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP; A = Si, Ge; Z = N, P)

Ngành:

Vật lý lý thuyết và vật lý toán

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án nghiên cứu chuyên sâu về tính chất điện tử và đặc trưng tiếp xúc trong các cấu trúc dị thể van der Waals (vdW) dựa trên họ vật liệu hai chiều MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P). Các cấu trúc dị thể kim loại-bán dẫn (MoSH/MoSi2N4, GR/MoGeSiN4) và bán dẫn-bán dẫn (BP/MoGe2N4, C3N4/MoSi2N4) được khảo sát ở trạng thái cân bằng và dưới tác động của điện trường ngoài và biến dạng cơ học.

Kết quả nghiên cứu khẳng định các cấu trúc dị thể này có tính bền vững cao về mặt động học và cơ học, cho thấy khả năng tổng hợp thực nghiệm. Luận án đã làm rõ sự hình thành rào thế Schottky trong cấu trúc dị thể kim loại-bán dẫn, đặc biệt phát hiện cấu trúc MoSH/MoSi2N4 hình thành rào thế Schottky với chiều cao rất nhỏ, lý tưởng cho các linh kiện điện tử thế hệ mới.

Đối với các cấu trúc dị thể bán dẫn-bán dẫn như BP/MoGe2N4 và C3N4/MoSi2N4, chúng hình thành tiếp xúc loại II, phù hợp cho ứng dụng quang xúc tác và pin mặt trời nhờ khả năng phân tách điện tích hiệu quả và giảm tái hợp điện tử-lỗ trống. Sự hình thành các cấu trúc dị thể này cũng giúp giảm độ rộng vùng cấm của bán dẫn, tăng cường hệ số hấp thụ ánh sáng và nâng cao độ linh động điện tử.

Điểm nổi bật của luận án là việc khảo sát ảnh hưởng của điện trường ngoài và biến dạng. Các yếu tố này không chỉ làm thay đổi chiều cao rào thế tiếp xúc mà còn có thể điều chỉnh loại tiếp xúc trong cấu trúc vật liệu. Cụ thể, trong các cấu trúc dị thể kim loại-bán dẫn, có thể chuyển đổi giữa tiếp xúc Schottky loại n và p, thậm chí sang tiếp xúc Ohmic. Trong cấu trúc dị thể bán dẫn-bán dẫn, biến dạng và điện trường có thể dẫn đến sự chuyển đổi giữa các loại chuyển tiếp dị thể (loại I và loại II) và thậm chí chuyển tiếp bán dẫn-kim loại.

Những phát hiện này cung cấp hiểu biết sâu sắc về cấu trúc, tính chất điện tử và đặc trưng tiếp xúc của các vật liệu hai chiều MA2Z4, mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong thiết kế các linh kiện điện tử và quang điện tử hiệu năng cao, tiết kiệm năng lượng, vượt ra ngoài giới hạn của vật liệu silicon truyền thống.

Mục lục chi tiết:

• PHẦN MỞ ĐẦU

  • 1. Lí do chọn đề tài
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu
    • 2.1. Mục tiêu tổng quát
    • 2.2. Mục tiêu cụ thể
  • 3. Đối tượng và nội dung nghiên cứu
  • 4. Phương pháp nghiên cứu
  • 5. Những đóng góp mới của luận án
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
  • 7. Bố cục của luận án
    • Chương 1 trình bày các vấn đề tổng quan của họ vật liệu MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P), các cấu trúc dị thể vdW và cơ sở lý thuyết của phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ.
    • Chương 2 trình bày về tính chất điện tử và sự hình thành tiếp xúc kim loại-bán dẫn trong cấu trúc dị thể vdW giữa họ vật liệu MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P) và vật liệu kim loại.
    • Chương 3 trình bày về tính chất điện tử và sự hình thành tiếp xúc bán dẫn-bán dẫn trong cấu trúc dị thể vdW giữa họ vật liệu MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P) và vật liệu bán dẫn.
    • Chương 4 trình bày về ảnh hưởng của biến dạng cơ học và điện trường ngoài đến sự thay đổi tính chất điện tử và hiệu ứng tiếp xúc trong các cấu trúc dị thể.

• PHẦN NỘI DUNG

  • Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC DỊ CẤU TRÚC VAN DER WAALS CỦA CÁC VẬT LIỆU HAI CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ

    • 1.1. Vật liệu hai chiều họ MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P)
    • 1.2. Dị cấu trúc van der Waals của các vật liệu hai chiều
    • 1.3. Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ
      • 1.3.1. Toán tử năng lượng Hamilton
      • 1.3.2. Mật độ điện tử trong DFT
      • 1.3.3. Các định lý Hohenberg-Kohn
      • 1.3.4. Phương trình Kohn-Sham
    • 1.3.5. Hàm tương quan-trao đổi
      • Gần đúng mật độ định xứ (LDA)
      • Gần đúng gradient suy rộng (GGA)
    • 1.4. Giải phương trình Kohn-Sham
    • 1.5. Kết luận chương 1

  • Chương 2: TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ VÀ SỰ HÌNH THÀNH TIẾP XÚC TRONG CẤU TRÚC DỊ THỂ VAN DER WAALS GIỮA HỌ MA2Z4 VÀ KIM LOẠI HAI CHIỀU

    • 2.1. Giới thiệu
    • 2.2. Phương pháp nghiên cứu
    • 2.3. Cấu trúc tinh thể
    • 2.4. Sự ổn định cấu trúc và hệ số đàn hồi
      • 2.4.1. Phổ dao động phonon và năng lượng liên kết
      • 2.4.2. Hệ số đàn hồi
    • 2.5. Tính chất điện tử
      • 2.5.1. Cấu trúc vùng năng lượng
      • 2.5.2. Sự hình thành rào thế trong các cấu trúc dị thể van der Waals
    • 2.6. Sự phân bố và trao đổi điện tích
    • 2.4. Kết luận chương 2

  • Chương 3: TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ VÀ SỰ HÌNH THÀNH TIẾP XÚC TRONG CẤU TRÚC DỊ THỂ VAN DER WAALS GIỮA HỌ MA2Z4 VÀ VẬT LIỆU BÁN DẪN

    • 3.1. Đặt vấn đề
    • 3.2. Cấu trúc tinh thể
    • 3.3. Tính chất điện tử
      • 3.3.1. Cấu trúc vùng năng lượng và sự hình thành chuyển tiếp dị thể
      • 3.3.2. Mật độ điện tích và thế tĩnh điện
    • 3.4. Kết luận chương 3

  • Chương 4: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI VÀ BIẾN DẠNG ĐẾN SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ VÀ HIỆU ỨNG TIẾP XÚC TRONG CÁC CẤU TRÚC DỊ THỂ VAN DER WAALS

    • 4.1. Phương pháp biến dạng và áp dụng điện trường ngoài
    • 4.2. Sự thay đổi tính chất điện tử của các cấu trúc dị thể van der Waals dựa trên họ vật liệu MA2Z4 dưới ảnh hưởng của điện trường ngoài
      • 4.2.1. Ảnh hưởng của điện trường ngoài lên sự hình thành tiếp xúc kim loại-bán dẫn
      • 4.2.2. Ảnh hưởng của điện trường ngoài lên sự hình thành tiếp xúc bán dẫn-bán dẫn
    • 4.3. Sự thay đổi tính chất điện tử của các cấu trúc dị thể van der Waals dựa trên họ vật liệu MA2Z4 dưới ảnh hưởng của biến dạng
      • 4.3.1. Ảnh hưởng của biến dạng lên sự hình thành tiếp xúc kim loại-bán dẫn
      • 4.3.2. Ảnh hưởng của biến dạng lên sự hình thành tiếp xúc bán dẫn-bán dẫn
    • 4.4. Kết luận chương 4

  • KẾT LUẬN CHUNG