二维BC6N/BN横向异质结的电学输运性质研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2024.0291

摘要/Abstract

摘要： 二维异质结具有新颖的物理和化学性质，在纳米电子器件中具有重要应用前景。本文构建了一种新型BC₆N/BN横向异质结，基于第一性原理结合非平衡态格林函数方法，对其结构稳定性、电子结构、电导率及伏安特性进行了系统研究。稳定的BC₆N/BN横向异质结拥有2.01 eV的直接带隙，异质结界面处产生静电势差，电子与空穴在界面形成了电势垒。相较于两个单层材料，BC₆N/BN横向异质结的电导率显著降低，并展现出强烈的各向异性。伏安特性显示：异质结在0~2.5 V的电压范围内几乎不产生电流；正向电压超过3 V后电流呈现线性增长趋势；反向电压从3 V增加到5.5 V的过程中仅有微弱电流，超过5.5 V时电流呈非线性增长。因此，BC₆N/BN横向异质结具有各向异性的电导率与单向导通特性，该研究为纳米电子器件的设计和制备提供重要理论基础。

关键词: 横向异质结; BC₆N/BN; 电学输运性质; 电子结构; 第一性原理

Abstract: The two-dimensional heterostructures have outstanding physical and chemical properties that make them promising applications in nanoelectronic devices. A novel BC₆N/BN lateral heterostructure was constructed， and the structural stability， electronic structure， conductivity and volt-ampere characteristics of BC₆N/BN lateral heterostructure were investigated by the first-principles combined with the non-equilibrium Green's function. The BC₆N/BN lateral heterostructure not only exhibits dynamic stability but also possesses a direct bandgap of 2.01 eV， static potential difference generated at heterojunction interface， electrons and holes form an electrical barrier at the interface. Compared to the BC₆N and BN monolayers， the conductivity of BC₆N/BN lateral heterostructure is significantly reduced and exhibits strong anisotropy. The volt-ampere characteristics of the BC₆N/BN lateral heterostructure show that almost no current is generated in the voltage range of 0 to 2.5 V. After the forward voltage exceeds 3 V， the current shows a linear increase trend； during the process of increasing the reverse voltage from 3 V to 5.5 V， there is only a weak current. When the reverse voltage exceeds 5.5 V， the current increases nonlinearly. Therefore， the BC₆N/BN lateral heterostructure has anisotropic conductivity and unidirectional conductivity characteristics， which can provide the important theoretical basis for the design and preparation of nanoelectronics devices.

Key words: lateral heterostructure; BC₆N/BN; electrical transport property; electronic structure; first-principle

中图分类号:

O472

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图/表 9

图1 BC6N与BN正交晶胞结构

Fig.1 Structures of BC6N and BN orthogonal cell

图2 BC6N/BN横向异质结构

Fig.2 Structures of BC6N/BN lateral heterostructure

图3 最稳定的BC6N/BN横向异质结的声子谱

Fig.3 Phonon spectra of the most stable BC6N/BN lateral heterostructure

图4 BC6N、BN和BC6N/BN的能带结构

Fig.4 Band structures of BC6N， BN and BC6N/BN

图5 BC6N/BN横向异质结的平均静电势

Fig.5 Average electrostatic potential of BC6N/BN lateral heterostructure

图6 BC6N/BN横向异质结的差分电荷密度

Fig.6 Charge density difference of BC6N/BN lateral heterostructure

图7 BC6N、BN和BC6N/BN的电导率

Fig.7 Electronic conductivity of BC6N， BN and BC6N/BN

图8 BC6N/BN横向异质结模拟接入电路示意图

Fig. 8 Analog access circuit diagram of BC6N/BN lateral heterostructure

图9 BC6N/BN横向异质结的伏安特性

Fig.9 Voltage-ampere curve of BC6N/BN lateral heterostructure

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二维BC₆N/BN横向异质结的电学输运性质研究

Electrical Transport Properties of Two-Dimensional BC₆N/BN Lateral Heterostructure

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