新型硅、鍺及硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線應(yīng)變效應(yīng)的第一性原理研究及應(yīng)用設(shè)計(jì).pdf

1、納米尺寸的硅鍺材料結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和力電耦合性質(zhì)均受到應(yīng)變效應(yīng)、界面效應(yīng)、組分效應(yīng)、量子限制效應(yīng)等微觀效應(yīng)的影響。這些微觀效應(yīng)的影響讓諸如納米線、納米管和納米膜之類的硅鍺納米材料表現(xiàn)出了優(yōu)秀的機(jī)電特性。本文立足于密度泛函理論，利用VASP（ViennaAb-initio Software Package）軟件包對<112>方向硅納米線、鍺納米線和徑向硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線進(jìn)行了第一性原理計(jì)算研究，重點(diǎn)研究了不同表面重構(gòu)、不同硅鍺組分

2、、不同異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)納米線的力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和壓阻性質(zhì)。本文的具體研究內(nèi)容和所取得的研究結(jié)果如下:
　　(1)本文在對表面氫飽和<112>方向硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，氫飽和處理可以有效的抑制在表面裸露納米線中起重要作用的界面效應(yīng);不同異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的氫飽和<112>方向硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線的楊氏模量和超胞長度隨硅鍺組分變化呈現(xiàn)線性變化;外部應(yīng)變對氫飽和<112>方向徑向異質(zhì)結(jié)納米線的間接帶隙能帶和電導(dǎo)率具有一定的調(diào)制作用，甚至導(dǎo)致帶

3、隙類型變化;氫飽和<112>方向三明治層狀硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線，由于其界面效應(yīng)受到氫飽和處理的抑制，使得具有清晰異質(zhì)結(jié)界面的納米線和具有混合異質(zhì)結(jié)界面的納米線在應(yīng)變條件下表現(xiàn)出大小相當(dāng)?shù)膲鹤栊?yīng);氫飽和<112>方向核殼硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線由于核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的本征應(yīng)變使得其對不同類型應(yīng)變的敏感度不同，但也均表現(xiàn)出可觀的壓阻系數(shù)，其中<112>方向Ge2SicoreH核殼納米線在2.5％拉應(yīng)變條件下壓阻系數(shù)高達(dá)-116×10-11Pa-1，而S

4、i2GecoreH和Si1GecoreH核殼類型異質(zhì)結(jié)納米線在2.5％壓應(yīng)變條件下的壓阻系數(shù)可分別達(dá)到23×10-11Pa-1和65×10-11Pa-1;進(jìn)行N型和P型摻雜的氫飽和<112>方向硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線在相應(yīng)應(yīng)變條件下同樣具有不俗的壓阻效應(yīng)，但是由于氫飽和處理的限制，其壓阻特性并不比無摻雜納米線的壓阻特性優(yōu)越。
　　(2)本文在對表面裸露<112>方向核殼硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在裸露<112>方向核殼硅鍺異質(zhì)結(jié)納

5、米線中，楊氏模量和品格常數(shù)隨硅鍺組分變化基本呈現(xiàn)線性變化，且楊氏模量大于等尺寸的氫飽和<112>方向核殼硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線，唯有Si1Gecore納米線由于其鍺內(nèi)核對單層硅外殼的撐裂作用致使其{111}和{110}側(cè)面的表面重構(gòu)不牢固，納米線楊氏模量偏小;無應(yīng)變條件下，Si1Gecore由于特殊的表面重構(gòu)，其能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出金屬特性，其余納米線表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性;應(yīng)變條件下，Si1Gecore的電學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)電性能良好，Si2Gecor則由

6、于核殼異質(zhì)結(jié)納米線內(nèi)部存在的本征應(yīng)變，在2.5％拉應(yīng)變下表現(xiàn)出優(yōu)秀的壓阻特性，壓阻系數(shù)可達(dá)260×10-11Pa-1，而Si_pure在2.5％拉應(yīng)變下壓阻系數(shù)可達(dá)32.7×10-11Pa-1，且隨拉應(yīng)變的增加，仍保留上升空間，Ge_pure納米線的壓阻系數(shù)在應(yīng)變條件下則表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性。
　　(3)本文在對新型應(yīng)變計(jì)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，利用硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線的超大壓阻效應(yīng)，采用陣列硅鍺異質(zhì)結(jié)納米線作為應(yīng)變計(jì)敏感源，可以有效地提高應(yīng)變