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新型半导体二维原子晶体锗硅烷材料的带隙调控
发布时间:2020-09-03     作者:harry   分享到:

新技术二维半导行业氧分子结晶具备氧分子级强度、nm级层状组成部分规划、**的载流子变迁率,是创造出一个未来的高性nm光電元元元器封装封装的核心内容原料。带隙是二维半导行业光学元元元器封装封装和光電子光元元元器封装封装中首要的基本性稳定性指标其中的一种,是后果二维半导行业光学元元元器封装封装启闭比和光電元元元器封装封装的光電流反应的首要缘由其中的一种。对此,**监测二维半导行业氧分子结晶的能帶组成部分规划是增加元元元器封装封装性的首要步骤。举个例子:石墨稀是零带隙nm半导行业,经由夹杂、遮盖和图案画化规划也可以打开其禁带组成部分规划,但带隙监测标准受限制(< 1.0 eV);g-C3N4的禁带宽使用度能够达到2.7 eV,采用添加可个部分大大减少其带隙的结构(~1.9 eV);以MoS2和WS2为意味的衔接黑色金属硫族有机化合物只能是单双层玻璃形式是立即带隙半导体材料设备器件技术,而双层玻璃和多个是举例说明半导体材料设备器件技术,确认物质添加可修改其带隙,但调空范畴受其在工作中形式受限制(< 2.1 eV)。据此不难发现,确认管控并调整二维半导体材料设备器件技术分子尖晶石的形式,控制其带隙调空,是今后納米半导体材料设备器件技术材料根本的研究方案目标。

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【成果简介】

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近些年,石家庄学校封伟教援团队协作按照学说算出与设计构思设计构思,生成了-H/-OH封店铺推广二元锗硅烯(siligene),并定名为锗硅烷(gersiloxene)。按照掌控锗硅要素含锌量,才能得到了极具各个耐腐蚀和尖晶石设计构思的锗硅烷,改变了锗和硅基二元二维板材的带隙改善,集于一身特别适合带隙设计构思、高比表皮积和表皮耐腐蚀活性氧的二维锗硅烷用于为光崔化剂,改变了常温状态下光崔化**产氢,同样**增进了光崔化CO2还原成工作能力。

缺少层状体相材料是制备二维锗基和硅基半导体材料的重要难点。针对该难点,团队通过直接氢化Zintl相CaGe2和CaSi2结合拓扑化学反应,分别制备了具有二维层状结构的锗烷(GeH)和硅烷(SiH)。在此基础上通过控制钙(Ca)、锗(Ge)和硅(Si)单质的化学计量比,通过高温烧结制备了前驱体Ca(Ge1-xSix)2合金,再将驱体Ca(Ge1-xSix)2合金进行低温(-30℃)浓盐酸插层反应,获得一系列不同化学结构的二维锗硅烷。结构表征显示二维锗硅烷是由氢封端的Ge原子与氢(-H)或羟基(-OH)封端的Si原子以二元合金的形式构成的蜂窝网状结构二维材料。同时二维锗硅烷的化学结构与Ge和Si比例密切相关,当x < 0.5时,材料中分别形成Ge-H和Si-OH化学键,锗硅烷表现为(GeH)1-x(SiOH)x;当x ≥ 0.5时,材料中又出现了Si-H化学键,因此锗硅烷的结构为(GeH)1-xSix(OH)0.5Hx-0.5

在此基础上,构建了锗硅烷的理论模型,基于密度泛函理论的原理计算结果表明,二维锗硅烷和体相材料均为直接带隙半导体,与过渡金属硫族化合物不同,其带隙类型既不依赖锗硅烷的片层数,也与锗硅烷中Ge和Si元素的比例无关,其带隙结构随x的升高而增加。光学带隙测试结果显示当x从 0.1提高到0.9时,二维锗硅烷的带隙从1.8 eV提升到2.57 eV,该结果与理论计算结果相吻合。

二维锗硅烷兼具可调控能带结构、宽光谱(从紫外区到可见光区)响应,同时其能带结构适应于不同复杂条件下的光催化产氢和CO2还原,研究显示,当x = 0.5时,二维锗硅烷(HGeSiOH)表现出**的光催化性能,在光催化水还原中可以以1.58 mmol g-1 h-1的速率生成H2,还可以催化还原CO2,以6.91 mmol g-1 h-1的速率生成CO,该性能高于目前报道的光催化剂,这些研究结果表明具有带隙可调性能的二维锗硅烷在光催化产氢和CO2还原上具有巨大的应用潜力。

二维锗硅烷是未来是什么的发展准备納米水平消耗的能量换为集成电路芯片和納米水平微智能电子集成电路芯片的理想型涂料之首。该深入分析完成了夹杂着**调整锗硅类IVA族二维氧原子架构晶胞半导的还能带组成部分,将为未来是什么的发展新半导二维氧原子架构晶胞涂料的合成视频、制作、智能电子组成部分调整相应微智能电子能升级保证根本的涂料地基和水平维持。

该工作近期以“Two-dimensional gersiloxenes with tunable bandgap for photocatalytic H2 evolution and CO2 photoreduction to CO”为题发表在期刊Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-020-15262-4)上,文章作者为博士研究生赵付来,通讯作者为封伟教授,共同通讯作者为冯奕钰教授。

相关联工作的得出祖国侧重研发团队楼盘(2016YFA0202302)和祖国出色成年股票基金(51425306)等楼盘的投资。

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【图文导读】

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图1 锗硅烷的氯化钠晶体结构设计定性分析


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图2 锗硅烷的生物框架分析方法


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图3 锗硅烷的电子散射电镜形象


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图4 三层结构类型锗硅烷的光电规定性高密度泛函理论知识来计算


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图5 两层体相框架锗硅烷的电子技术特性密度算起泛函的理论算起


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图6 锗硅烷的光学玻璃属性和带隙


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图7 锗硅烷的准带结构类型


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图8 光崔化耐热性定量分析