摘要
现代信息社会的构建基础是超大规模集成电路，而集成电路的基本构建单元就是场效应晶体管。然而场效应晶体管中金属与半导体接触所形成的肖特基势垒会降低载流子的注入效率，从而影响器件的性能。为了解决这一问题，人们已做了许多努力，如更换合适的电极材料或施加外场对肖特基势垒进行调控等。本文选取最近在实验上已被合成的新型二维半导体WSi2N4和C6BN作为沟道材料，采用第一性原理的计算方法，分别研究了WSi2N4/石墨烯和C6BN/石墨烯异质结的电子性质，并通过改变层间距和外加电场来调节异质结的肖特基势垒。主要的研究内容和结果如下： （1）分别构建了两种单层WSi2N4晶体结构和三种单层C6BN晶体结构，采用平面波超软赝势方法，研究了它们的稳定性和电子性质。结果表明，对于单层WSi2N4，当最外侧两个N原子在水平面上与W原子成一定角度时，总能量最低，说明此种构型的晶体结构最为稳定，能带结果显示其是带隙值为2.14eV的间接带隙半导体。对于单层C6BN，当B原子和N原子相邻掺杂时，晶体结构最为稳定，是带隙值为1.05eV的直接带隙半导体。本论文将针对于最稳定的晶体结构进行研究，从而为后续构建肖特基异质结提供保障。 （2）将石墨烯与单层WSi2N4堆叠构建肖特基异质结，并采用第一性原理计算方法，研究了层间距和外加电场对WSi2N4/石墨烯异质结电子性质的影响。计算结果表明，当石墨烯与单层WSi2N4结合时，会形成稳定的范德华异质结。此外，相比于改变层间距离，外加电场对WSi2N4/石墨烯异质结的势垒调控更为有效，当外加电场在-0.2V～0.4V范围时，其肖特基势垒变化约为2eV/V～3eV/V。值得注意的是，当施加大于0.4V的正向或反向电场时，WSi2N4/石墨烯异质结可以实现由肖特基接触向欧姆接触的转变，从而可以大大提高场效应晶体管中载流子的传输效率。 （3）选取纳米尺度更薄的二维材料C6BN与石墨烯构建异质结，来探究它们在场效应晶体管领域的发展潜力。结果表明，通过改变层间距和施加电场，可以有效地调节C6BN/石墨烯异质结的肖特基势垒高度和接触类型。当层间距扩大到3.20?或外加正电场时，肖特基接触发生了从n型到p型的转变。特别是，当电场大于-1V时，异质结表现为欧姆接触，从而实现了器件中高效的电荷转移。
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