【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新材料，具体涉及一种基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法及应用。
技术介绍
1、异质结是指不同材料之间的界面(结)，即禁带宽度不同的两种半导体材料结合所形成的晶体界面。含有异质结的两层以上的结构被称为异质结构。相对于同质结,异质结中的两种材料的禁带宽度、导电类型、介电常数、折射率和吸收系数等光电参数不同，在材料和器件设计上提供了更大的灵活性。根据异质结面的物理厚度，可分为突变异质和缓变异质结。突变异质结界面的物理厚度为若干个原子层，缓变异质结界面的物理厚度为几倍的少数载流子扩散长度。异质结按界面两侧半导体材料掺杂类型的不同，可分为同型异质结和异型异质结。
2、目前对于异质结材料的研究大多时候是针对本征的情况，相对较少考虑异质结掺杂的复杂调控，我们缺乏一种系统性，标准化的掺杂异质结构建方法，以及第一性原理表征方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法及应用，通过第一性原理计算软件ms(material studio)构建晶格匹配的异质结模型与掺杂异质结模型，并进行结构弛豫优化以得到稳定机构，通过计算异质结界面结合能进一步确保异质结材料的结构稳定性，通过计算差分电荷密度以表征异质结层间电子转移情况，通过计算能带结构与分波态密度曲线以表征材料的电子性能，通过对介电函数、吸收率、电导率、损失函数、折射率、反射率的计算以表征材料的光学性能，确立了较为标准的掺杂异质结计算与性能表征方法。
2、本专利技术提供的技
3、本专利技术第一方面提供一种基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，包括以下步骤：
4、步骤1、利用结构数据库icsd获得异质结两层材料a与b的晶格结构文件；
5、步骤2、基于所述晶格结构文件，利用material studio软件得到晶格常数构建异质结各层材料a、b的模型，并分别对材料a与b进行结构弛豫优化；
6、步骤3、计算两层材料a与b的晶格适配度，通过所述晶格适配度分别对两层材料a与b进行超晶胞；
7、步骤4、以材料a、b的超晶胞构建范德瓦尔异质结模型，对材料a、b进行掺杂，即获得掺杂异质结；
8、步骤5、利用material studio软件中castep模块对所述掺杂异质结进行结构优化；
9、步骤6、对优化后的所述掺杂异质结进行第一性原理电子性能计算与光学性能计算，用以表征所述掺杂异质结的光学与电学性能。
10、进一步地，步骤3中，所述计算晶格适配度通过晶格失配率计算公式进行计算，所述晶格失配率计算公式表达式如下：
11、
12、其中，a1为材料a的晶格常数，a2为材料b的晶格常数，a为两者晶格常数之和的平均值。
13、进一步地，步骤4中，所述掺杂异质结的空间层设置为以上以避免周期性相互作用。
14、进一步地，所述以材料a、b的超晶胞构建范德瓦尔异质结模型之后，还包括：
15、选取一定的掺杂原子浓度对材料a、b进行掺杂，所述掺杂原子浓度通过掺杂原子个数除以被掺杂原子总数来计算。
16、进一步地，所述利用material studio软件中castep模块对所述掺杂异质结进行结构优化后，还包括：
17、计算所述掺杂异质结的结合能，对所述掺杂异质结的结构稳定性进行评估，结合能计算公式如下：
18、eb＝ea+eb-e
19、其中，ea为材料a能量，eb为材料b能量，e为材料a、b所构成的掺杂异质结的总能量。
20、进一步地，所述材料a与b分别为石墨烯与二硫化钼，所述异质结为未掺杂的石墨烯/二硫化钼异质结与掺杂的石墨烯/二硫化钼异质结。
21、本专利技术第二方面还提供一种基于第一性原理的掺杂异质结在异质结性能掺杂调制分析方法和应用，所述掺杂异质结通过上述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法构建的。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
23、本专利技术提供了基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，通过第一性原理计算软件ms(material studio)构建晶格匹配的异质结模型与掺杂异质结模型，并进行结构弛豫优化以得到稳定机构，通过计算异质结界面结合能进一步确保异质结材料的结构稳定性，通过计算差分电荷密度以表征异质结层间电子转移情况，通过计算能带结构与分波态密度曲线以表征材料的电子性能，通过对介电函数、吸收率、电导率、损失函数、折射率、反射率的计算以表征材料的光学性能，确立了较为标准的掺杂异质结计算与性能表征方法。通过结合材料电子性能与光学性能，确立了基于电荷重分配机制的从电子转移层面分析异质结掺杂调制机理的分析方法，从根本上阐明掺杂异质结材料掺杂调制的作用机理。为掺杂异质结材料的计算和研究提供了积极意义，推动了半导体异质结材料在光调制器方面应用研究。
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1.基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于，所述对材料A、B进行掺杂，具体为：
5.根据权利要求1-4任一所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于，所述利用Material Studio软件中CASTEP模块对所述掺杂异质结进行结构优化后，还包括：
6.根据权利要求5所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于：
7.一种基于第一性原理的掺杂异质结在异质结性能掺杂调制分析方法和应用，其特征在于，所述掺杂异质结通过权利要求1-6任一所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法构建的。
【技术特征摘要】
1.基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理的掺杂异质结构建和表征方法，其特征在于，所述对材料a、b进行掺杂，具体为：
5.根据权利要求1-4任一所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：李佳斌，刘明杨，范增辉，杨楠，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：
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