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磷和铝掺杂硼氮纳米管几何结构和电学性质的理论研究

作　者: 叶婷
导　师: 孙苗
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 硼氮纳米管 P和Al掺杂密度泛函理论形成能能带
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

硼氮纳米管是一种电子性质比较稳定、单一、宽带隙的半导体材料。它的带隙很大(4.5~5.5eV),但是几乎和它的直径、手性、螺旋度、管壁层数等结构参数无关,因此它的导电性能很差,几乎表现出绝缘体的特征。基于硼氮纳米管自身所固有的局限性,我们可以通过掺杂异质原子来改变它们的几何结构和电子性质以获得所需要的材料。本文研究内容为等电子原子杂质磷(P)和铝(Al)的掺杂浓度和掺杂位置对硼氮纳米管的几何结构和电学性质的影响。基于此,我们选取单壁扶手椅型单周期和三周期理想硼氮纳米管及掺杂P、Al硼氮纳米管体系,用基于密度泛函理论的第一性原理计算了所有体系的键长、键角、掺杂体系的形成能、电子能带结构和电子态密度。这里我们采用Material Studio软件构建分子模型,并使用其中的Castep模块计算其几何结构和电学性质。计算结果表明,各种掺杂体系的几何结构均发生变化,对称性降低。杂质的形成能随着杂质浓度增大而增大,掺入P原子的形成能要比相对应的掺入Al原子的形成能要大很多;虽然两种原子不同位置的共掺杂的形成能差别不大,但是比任何一种单个原子掺杂都要大得多。三周期摻杂体系的带隙会随着杂质原子浓度的增大而减小,但是两种位置的掺杂带隙的大小差别很小。单周期掺杂体系在体系的价带底和导带顶之间会引入2n(n=杂质原子数)条能级。各种体系总的态密度的贡献几乎都是来自p轨道上的电子,s轨道上的电子的贡献很小,并且对于掺杂硼氮纳米管体系,费米能级附近的态密度的贡献都是来自杂质原子p轨道上的电子。从结果中可以得出P原子和Al原子以替换原子的形式掺入到硼氮纳米管中,极大的改变了它的电学性质,使其具有导体或半导体的特征。

磷和铝掺杂硼氮纳米管几何结构和电学性质的理论研究

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