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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的：研究想达到计算并确定c3n这种材料的缺陷稳定性的目标，以及不同空位缺陷对c3n材料光电性质的影响，为实验制备该材料制备的光电器件奠定理论基础；

意义：近年来，二维材料备受学术界和工业界关注。二维材料的研究始于石墨烯的发现，自石墨烯被发现以来，掀起了各种相关应用的研究热潮。石墨烯广泛应用于微电子、传感器、光催化、新能源、生物材料等一系列领域。石墨烯俨然成为众多应用研究中炙手可热的“万金油”。作为一种全新的碳基二维半导体材料，c3n具有无孔洞的分子结构，这使其具有良好的载流子迁移能力。同时，理论计算结果表明，材料具有0.39 ev的间接带隙，从而弥补了石墨烯无带隙的缺憾。此外，实验结果表明，c3n具有与石墨烯相近的结构稳定性，这为二维材料微电子器件的大规模实际应用提供了保证。丁古巧课题组利用cmos工艺制作基于c3n材料的晶体管（fet器件），实验证明了基于单层c3n薄膜的fet器件开关比可以高达5.51010，载流子迁移率可达220 cm2v-1s-1。该发现为碳基二维材料家族增添了新成员，为探索基于该二维新材料的新物理和新器件奠定了基础。由于二维材料在光电器件方面的潜在价值，需要进一步研究缺陷对它的光电性质产生的影响。

国内外研究现状

在面临当今摩尔定律失效的微电子应用领域，石墨烯的出现无疑给广大研究工作者打了一剂强心针。现有研究结果指出，石墨烯基处理器将实现100 ghz的运算速度。如何打开石墨烯的能带，成为广大研究者争相开展的课题。2007年起，对石墨烯的掺杂研究得以开展，研究者利用以b和n为代表的杂原子，对零带隙的本征石墨烯进行空穴或电子掺杂，希望得到具有合适带隙的（一般认为具有0.4 ev带隙的半导体在制备成微电子器件后便可以实现可观的开关电流比）半导体型掺杂石墨烯。2015年韩国jong-beom baek课题组报道了多孔碳基二维半导体材料c2n的制备及其在场效应晶体管方面的应用探索(j. mahmood, e. lee, m. jung, d. shin, i. jeon, s. jung, h. choi, j. seo, s. bae, s. sohn, n. park, j. oh, h. shin, j. baek, nat. commun., 2015, 6, 6486.)。然而多孔的分子结构使该材料的载流子迁移率仍旧偏低。该二维材料在2017年由中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室丁古巧课题组独立发现新型碳基二维半导体材料c3n，相关研究论文c3n-a 2-dimensional crystalline,hole-free,tunable-narrow-bandgap semiconductor with ferromagnetic properties于2月28日在国际学术刊物《先进材料》在线发表（siwei yang,et al,adv.mater.,2017,doi:1010.1002/adma.201605625）。课题组博士研究生杨思维等使用2,3-二氨基吩嗪小分子水热合成方法成功实现了该单层二维新材料的制备。

2. 研究的基本内容

1 计算完整的c3n的光电性质，包括能带结构、态密度分析；

2 计算对于有空位缺陷的c3n的晶体结构，如键长，晶格常数；光电性质，其中包括态密度、能带结构、吸收谱、消光系数，折射率等；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本课题论文主要通过material studio软件对c3n原胞以及c各个位置空位缺陷进行光电性质的计算，记录数据，并对数据进行优化处理。运用第一性原理计算并绘制态密度图，能带结构图，光的吸收谱，消光系数等。根据所得的图像和数据，分析空位缺陷对该二维材料产生的影响。

进度安排：2018.12.31之前调研文献

4. 参考文献

• [1]s. behzad, eur. phys. j. b 89 (2016) 112.

• [2]s. behzad, solid state commun. 248 (2016) 27–31.

• [3]s. behzad, phys. e 83 (2016) 211–214.

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