氮化硼纳米带与金属电学接触特性的仿真研究

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氮化硼(Boron Nitride,BN)作为有着宽禁带、高击穿电场、高热导率以及小介电常数等优点的第三代半导体,BN纳米材料在低维纳米材料的激烈竞争中具有一席之地。然而目前对于BN低维纳米材料在器件方面的研究开展相对较少,BN低维纳米材料与金属接触的研究均处于探索当中,尤其是理论研究非常有限。为此本课题采用第一性原理方法对BN纳米带(Boron Nitride Nano Ribbons,BNNR)和不同金属间电学接触性质进行了探究,为BN低维纳米材料制备器件时金属材料的选择提供理论指导。此外,本课题还探究了BNNR与不同金属接触界面的间距对电学接触性质的影响,希望可以为BN纳米材料在可协调的重构器件的应用和发展上提供理论依据。本文使用Material Studio软件对BNNR与相关金属铋(Bi)、镍(Ni)、金(Au)进行建模,完成金属半导体接触模型的搭建,采用VASP软件基于第一性原理对BNNR/Bi、BNNR/Ni、BNNR/Au模型进行了结构优化,得到了稳定的接触模型,随后对接触前BNNR和Bi、Ni、Au模型与接触后的BNNR/Bi、BNNR/Ni、BNNR/Au接触模型的电子结构进行了理论计算,使用后处理软件VASPKIT、VESTA得到了能带图、态密度图、差分电荷图等信息,通过金半接触前后的电学性质的对比,探究了金半接触界面间距对电学接触特性的影响。本文通过计算晶格失配率以及金半接触模型结合能的方法保证了模型构建的正确性与合理性。对比金半接触前后的电学特性可知,金半接触后的BNNR的禁带宽度和形状基本没有发生变化,主要是发生了能带的偏移,金半接触后的BNNR/Bi、BNNR/Ni、BNNR/Au均表现为p型肖特基接触类型,肖特基势垒分别为2.1ev、1.8ev和1.2ev,实验数据与理论分析相符合,佐证了理论计算的正确性,该研究对BNNR在器件制备时对金属种类的选择具有指导作用。对比不同金半接触界面间距下的BNNR能带投影图,结果发现BNNR/Bi、BNNR/Ni、BNNR/Au均可通过改变金半接触界面间距调整肖特基势垒高度,以及实现p型肖特基接触和n型肖特基接触的转换,均具有作为可重构器件的发展潜力,该研究为BNNR在低维范得瓦尔斯场效应管上的应用提供了理论依据。
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