有机分子吸附和衬底调控锗烯的电子结构

作者：肖美霞^*; 冷浩; 宋海洋; 王磊; 姚婷珍; 何成^*

来源：Acta Physica Sinica, 2021, 70(06): 174-185.

• 锗烯
• 有机分子吸附
• 衬底
• 电子结构

锗基集成电子学的发展潜力源于其极高的载流子迁移率以及与现有的硅基和锗基半导体工业的兼容性,而锗烯微小带隙能带特点极大程度地阻碍其应用.因此,在不降低载流子迁移率的情况下,打开一个相当大的带隙是其应用于逻辑电路中首先要解决的问题.本文采用范德瓦耳斯力修正的密度泛函理论计算方法,研究了电场作用下有机分子吸附和衬底对锗烯原子结构和电学性质的影响.研究结果表明,有机分子吸附和衬底通过弱相互作用破坏了锗烯亚晶格的对称性,从而在狄拉克点上打开了相当大的带隙.苯/锗烯和六氟苯/锗烯体系均在K点打开了带隙.当使用表面完全氢化的锗烯(锗烷HGeH)衬底时,苯/锗烯/HGeH和六氟苯/锗烯/HGeH体系的带隙可进一步变宽,带隙值分别为0.152和0.105 eV.在外电场作用下,上述锗烯体系可实现大范围的近似线性可调谐带隙.更重要的是,载流子迁移率在很大程度上得以保留.本文提出了一种有效的可调控锗烯带隙的设计方法,为锗烯在场效应管和其他纳米电子学器件中的应用提供了重要的理论指导.

• 单位
  西安交通大学; 西安石油大学; 金属材料强度国家重点实验室