摘要: 二维单层石墨烯具有独特的结构和众多优异的物理化学性质，在纳米电子学、光电子学、能源材料和生物医学领域有许多潜在的应用价值，因而而备受关注。但是单层石墨烯是一种没有带隙的半导体材料,因此不利于它在半导体器件领域中的应用，实验随后发现了磷烯是在石墨烯之后发现的另一个单元素的二维单层材料，并且有直接带隙的天然半导体材料，同时具有优异的载流子迁移率，更加优良的导热性，高强度和超大比表面积,这些良好的物理性质使得其在能量贮存、电子器件、复合材料及传感器等诸多方面有着广阔的运用前景。本文是利用基于密度泛函理论的第一性原理方法探究单层磷烯的晶格振动性质，主要包括声子谱、声子群速度和热学性质等。73151

毕业论文关键词：二维材料 密度泛函理论 磷烯 声子谱 群速度

Abstract: Unique structure and many fascinating physical and chemical properties make graphene a promising candidate in many applications, e。g。, nanoelectronics, optoelectronics, energy storage, and biomedicine, to name just a few。 However, zero band gap in graphene limits its applications in semiconducting devices。 Recently, another emergent two-dimensional semiconductor, phosphorene, has been experimentally exfoliated。 Phosphorene is a direct band gap semiconductor of superior carrier mobility, large thermal conductivity, and high strength, which would find promissing applications in nanoelectronics, energy storage, composite materials, and sensors。 In this study, we theoretically investigate the lattice dynamic properties of phosphorene, i。e。 phonon dispersion and phonon group velocities as well as its thermal properties。

Keywords: Two dimensional material, Density functional theory, Phosphorene, Phonon dispersion, Group velocity 

目录

1 引言 4

1。1研究背景 4

1。2 石墨烯的物理性质 5

1。2。1力学性质 5

1。2。2 热学性质 5

1。2。3电学性质 5

1。3石墨烯的应用前景 5

1。4石墨烯的缺陷及优化 6

2 研究方法 7

3 磷烯的晶格振动性质 8

3。1声子谱 8

3。2 群速度 9

3。3 热学性质 10

结论 12

参考文献 13

致谢 15

1 引言

1。1研究背景

近几年,由于电子器件微型化的不断的发展,之前的硅基器件和集成电路已经遇到了难以解决的瓶颈。一方面,由于光刻精度的问题,工艺上很难做到更窄的线宽。另一方面,因为器件尺寸的不断减小,量子力学效应越来越显著将影响器件的正常工作,并且可能会导致器件失效。为了解决这些问题，性能更为优良、迁移率更大的新型二维层状半导体材料引起了研究者的广泛兴趣。

石墨烯是实验上得到第一个二维单层材料，石墨烯被发现以前,二维晶体结构是否存在一直备受争议,甚至有的科学家预言其不能稳定存在,早在二十世纪三十年代时科学家认为由于二维晶体自身热力学不稳定的原因,准二维晶体材料在有限温度下不能稳定存在。然而英国曼彻斯特大学物理系的教授以石墨为基础,应用机械剥离法（是现在制备石墨烯最简单的方法，就是首先在热解的石墨烯表面上,利用离子刻蚀形成一个微槽,并用光刻胶把石墨粘到玻璃衬底上,然后使用透明胶带反复撕揭石墨表面,将胶带上过剩的高定向石墨去除,接着将胶带放到有机溶剂丙酮溶液中进行超声振动。单层石墨将溶于溶液中,运用范德华力的作用使单层石墨吸附到单晶硅片上,从而制备出石墨烯,观察其形貌为准二维单层石墨[1-2]）成功研制出只有单原子层厚度的超薄石墨烯晶体,实验发现这类单/多层石墨烯具备超高的载流子迁移率，因而引发了科学界新的一轮的探究热潮。图1。1即为单原子厚度的石墨烯[3]。文献综述