A first-principles study of defects and adatoms on silicon carbide honeycomb structures

Abstract

Çalışmamda kısmi bir (nanoşerit) ve iki boyutlu bal peteği SiC malzemesini ilk prensiplerden başlayarak inceledim. Boyutsallık etkilerini takip için üç boyutlu SiC allotroplarından bazılarını ve gerçek bir boyutlu SiC zincirlerini çalışmama dahil ettim. Değişik boyutlardaki SiC malzemesinin kararlılığı, fonon hesaplarıyla tahlil edilmiştir. İki boyutlu bal peteği şeklindeki SiC ve nanoşeritleri iyonik, manyetik olmayan, geniş bant aralıklı yarı-iletkenlerdir. Öz enerji (GWo) hesaplarıyla bu bant aralığı artmıştır. Hidrojen atomları ile doyurulduğunda, `armchair` SiC nanoşeritlerin yanlarındaki atomlardan oluşan bantlar kaybolmakta ve bant aralığı artmaktadır. Atom boşluğu, soğurulan yabancı atomlar ve Si ya da C atomlarının yerini alan yabancı atomların iki boyutlu ve nanoşerit SiC üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu araştırılan etkilerden bazılarının tek katmanlı SiC malzemesini işlevlendirebileceği saptanmıştır.

In this thesis a study of electronic and magnetic properties of two dimensional(2D), single layer of silicon carbide (SiC) in hexagonal structure and its quasi 1Darmchair nanoribbons are presented by using first-principles plane wave method.In order to reveal dimensionality effects, a brief study of 3D bulk and 1D atomicchain of SiC are also included. The stability analysis based on the calculationof phonon mode frequencies are carried out for different dimensionalities. It isfound that 2D single layer SiC in honeycomb structure and its bare and hydrogenpassivated nanoribbons are ionic, non magnetic, wide band gap semiconductors.The band gap further increases upon self-energy corrections. Upon passivation ofSi and C atoms at the edges of nanoribbon with hydrogen atoms, the edge statesare discarded and the band gap increases. The effect of various vacancy defects,adatoms and substitutional impurities on electronic and magnetic properties in2D single layer SiC and in its armchair nanoribbons are also investigated. Some ofthese vacancy defects and impurities, which are found to influence physical propertiesand attain magnetic moments, can be used to functionalize SiC honeycombstructures for novel applications.