石墨烯有高的电子迁移率和导电性，被认为是取代硅材料的希望。然而因为是零带隙半导体，并不能直接应用在电子器件中。因为半导体逻辑元件要求必须有两种状态，才能表示经典的信息“0”和“1”。所以人们尝试着用各种方式来打开石墨烯带隙。但是效果都不是十分明显，所打开的带隙还是太小（只能0。20 eV，0。30 eV左右），不能满足使用要求。

而h-BN与石墨烯有着十分相似的结构，两者之间有许多共性。但是h-BN的能带结构却和石墨烯十分不同，它本身就有一个很大的带隙（也不能直接用于半导体逻辑元件）。若能找到合适的方法，将h-BN的带隙缩小到合适的尺寸，就可以做成半导体逻辑元件了。另外h-BN优于石墨烯的是：①石墨烯不能单独存在，必须长在衬底上。而h-BN可以不依附于衬底，而且它的悬挂键比较少。②h-BN有很好的化学稳定性，有很好的耐腐蚀性和耐湿、耐温性。

本课题就是在前人研究的基础上，通过在双层h-BN吸附掺杂碱金属的方式，来调节h-BN的带隙，希望将它的带隙（原本带隙在4。00 eV以上，属于绝缘体）调节到一个合适的值（1。00 eV左右），使它可以做成半导体逻辑元件。

2  h-BN的简介

2。1  晶体BN的分类与h-BN

氮化硼（BN）是一个由III-V族元素构成的化合物。长时间以来，无论是在实验上还是在理论上，人们都对其做了广泛的探索。晶体BN拥有很多优秀的性质，也是很多先进技术的基础。

相对于碳元素构成的多样的晶体（石墨、金刚石、等），BN也拥有4种不同的变体。即立方氮化硼（c-BN），纤锌矿氮化硼（w-BN），六方氮化硼（h-BN）和菱方氮化硼（r-BN）。其中c-BN和w-BN，是两种高密度的类金刚石相，成键为四面体的杂化B-N键，但是BN 基底层堆栈序列不同。而h-BN和r-BN，是两种低密度的类石墨烯相，由杂化的 B-N 键链接成六方的蜂巢二维层，分别按（aa'aa'。。。）和（abcabc。。。）次序排列而成。同时，人们在实验上也发现存在部分或完全无序相的BN结构，如PBN，t-BN等。其中的t-BN就是由六方杂化平面部分无序的堆叠而成的。

其中的h-BN是和石墨类似的片层状晶体结构，h-BN层与层之间容易发生相对平移，也是BN晶体中最常见的结构。且具有许多优异的特性，例如极好的电绝缘性、优良的化学稳定性和介电性能，已经被广泛地应用于真空技术，电子工业，核能，X射线光刻，润滑等等。文献综述

二维材料h-BN就是由单层或多层h-BN薄片构成的。本课题研究的是双层的h-BN结构。

2。2  双层h-BN的结构和能带

h-BN是一种类石墨烯的二维材料，Jannik C。 Meyer等和Zhi C等在2009年就已经从实验室中制备并且检测出来了单、多层的h-BN薄片了。与石墨烯相比，单层h-BN相当于分别用B原子和N原子取代石墨烯中的两类C原子，层内每个原子以杂化的B-N键形式与最近邻三个原子形成平面正六边形连接的蜂巢结构。

2。2。1  双层h-BN的5种结构

不同于双层石墨烯只有一种稳定结构这种情况，双层h-BN共有5种可能的结构，而且这五种结构之间能量差很小。双层h-BN的五种结构可以分为两组，同组之间的结构可以通过平移改变两层基底层在单胞中的相对位置来进行相互转换，两组之间的可以通过将其中一层BN基底层沿着晶体C轴旋转来进行转换。5种结构如图2。1所示。

     图2。1  双层h-BN的5种结构，引自文献[1]。第一行的3种结构为一组，第二行的2种结构为一组。组内结构可通过平移相互转换。组间结构可通过旋转进行转换。