基于六方形硼氮化物的场效应晶体管量子电容及电子性质

我们提出了对单层六方形硼氮化物 (h-BN) 基场效应晶体管 (FET) 气体传感器进行全面理论调查的研究。我们采用非平衡格林函数形式和Landauer- B"{u}ttiker 方法。我们超越了传统的密度泛函理论分析，构建的框架包含场依赖的量子传输和温度效应。我们对 NO、H$_2$S、HF 和 CO$_2$ 气体对能带结构和态密度 (DOS)、载流子浓度、量子电容和 I-V 特性的影响进行建模。结果表明，CO$_2$ 其后 NO 通过中隧道态和能带边缘位移引起最强的扰动，导致对称 Van-Hove 奇点出现，增强载流子调制和量子电容。观察到 HF 引起适度扰动，而 H$_2$S 引起最弱响应，适用于所有温度和偏压条件。发现施加垂直电场可通过Stark 效应缩小带隙，从而进一步提升迁移率和可调性。温度通过在适度水平上增强电荷转移以及在更高温度下导致脱附来影响感应响应。我们发现 CO$_2$ 持续显示最高灵敏度和选择性，其后是 NO 和 HF，而 H$_2$S 显示最弱响应。该研究为通过利用固有的带隙调制和量子电容来工程化 h-BN 基 FET 传感器提供了综合框架，以实现分子鉴别和温度优化。