[发明专利]电子输运性能更优的IV-V族二维半导体模型构建方法

说明书

本发明公开了一种电子输运性能更优的IV‑V族二维半导体模型构建方法，方法包括以下步骤：选取IV族元素和V族元素，构建二维半导体理想模型；计算理想模型的电子输运性质，包括能带结构、伏安特性IV曲线以及传输特性；基于所述二维半导体理想模型构建多种二维半导体缺陷模型；计算各缺陷模型的电子输运性质，包括能带结构、伏安特性IV曲线以及传输特性；根据二维半导体理想模型以及各缺陷模型的电子输运性质，选取最优的二维半导体缺陷模型。本发明对理想的二维半导体模型进行缺陷设计，使缺陷周围重建期间形成的新建长度来评估结构稳定性，提高了最优方案的精确度。

技术领域

本发明属于新型二维半导体领域，特别涉及一种电子输运性能更优的IV-V族二维半导体模型构建方法。

背景技术

随着电子信息行业的快速发展与科技材料需求的不断提高，提升电子器件材料的输运性能成为至关重要的任务。当前，传统半导体大部分由硅制作，因为硅的三维周期结构，每个硅原子都连接着周围4个硅原子，会引入其他的一些杂质，使得其迁移率受到影响，导致三维半导体应用于电子设备时仍然具有的缺陷。而相对而言，二维半导体可以在一个较小的器件里，有较高电流开关比，逐渐成为当今发展的趋势。

IV-V族化合物成为近年来也成为科研工作者的关注焦点之一，并且已经在各个领域崭露头角。Ⅳ族元素组成的二维材料如石墨烯等，因其具有独特的结构和优良的电子输运性能而受到广泛关注，但因其缺乏本征带隙，限制了其在发光二极管方面的应用。而Ⅴ族元素组成的二维材料如磷，虽然具有连续可调带隙，但由于在空气不稳定，也限制了其未来的应用。将IV族元素与Ⅴ族元素相结合，由于二者晶格常数大小不同，在两种材料间产生了晶格失配，可以生长出失配率很高的外延层，使晶格的失配可以通过合金层的应变得到补偿或调节。在电学性能方面，Ⅳ－V族二维半导体具有较高的载荷子迁移率和可调带隙，适用于电子和光电子器件，其优异的高比表面积，使其适用于做电催化物，在电子、光电子领域具有广阔的应用前景。

对此，国内外专家进行了广泛的研究。2017年，Liqin Zhou等计算得到单层IV-V族二维半导体具有良好的动力学和热力学稳定性，层间结合能很小，较容易从自然界中存在的大块固体中剥落，且具有相对较小且各向异性的载流子有效质量，但由于其易剥落的性质，在现实使用中会存在不稳定的情况。2018年，C.S.Jung等采用液相剥离法制备了单层IV-V族半导体纳米片，发现其具有良好的稳定性，能产生较大且稳定的光电流，且可见光照射下显示出良好的光电化学分解水的性能，但是在实验之后电子输运性能会大大减弱。同年，J.Guo等制备了少数层IV-V族半导体场效应晶体管，其在室温下为空穴导电型半导体，与最先进的过渡金属硫化物晶体管性能相当，但使用温度需要严格把控，不适用于大多数情况。以上研究均存在二维半导体材料在环境条件下不稳定，使得其电学性能会由于不同环境产生波动的情况。

综上所述，现阶段所研究的二维半导体材料均存在不稳定的情况。对于易制备的材料，其实际应用中性能会产生波动；对于易与其他物质反应的材料，其电学性能会在使用后大大减弱；性能好且稳定的二维半导体材料适用温度范围又极为有限。所以引入各种缺陷以适应不同偏压下的差异，设计并仿真计算一个优化的结构来改善纳米器件的电子输运，这对IV-V半导体的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种电子输运性能更优的IV-V族二维半导体模型构建方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电子输运性能更优的IV-V族二维半导体模型构建方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，选取IV族元素和V族元素，构建二维半导体理想模型；

步骤2、计算理想模型的电子输运性质，包括能带结构、伏安特性IV曲线以及传输特性transmission；

步骤3，基于所述二维半导体理想模型构建多种二维半导体缺陷模型；