一种具有双稳态结构的肖特基二极管设计方法技术领域
本发明涉及二极管领域，特别是涉及一种具有双稳态结构的肖特基二极管设计方
法。
背景技术
肖特基二极管是将P型半导体或者N型半导体与金属表面衬体交互作用，并最终形
成稳定结构，可分为物理吸附类型与化学吸附类型。肖特基二极管由于其独特的微观结构
而具有整流效应，被广泛应用于传感器、分子开关、集成电路等诸多电子器件中。现如今，如
何降低肖特基高度而且同时又能保持分子的完整性，成为设计高效肖特基二极管的难点。
因此目前急需设计开发出将物理吸附和化学吸附结合在一起，使其拥有双重优点的肖特基
二极管。
ADT分子吸附在铜表面的双稳态在实验上得到了印证，而且被应用于分子开关中，
并取得了很好的效应。与传统有机分子相比，其具有较深的HOMO能级，因此其电离能更大，
暴露在空气中时，其具有的抗氧化性更高。
文献PHYSICAL REVIEW B 79,165306(2009)讲述了一种将F4TCNQ吸附在Cu，Ag，Au
表面上的肖特基二极管设计方法，其所得到的肖特基高度较大，且其吸附类型为化学吸附，
分子变形较大，使得结构的完整性得到了破坏；文献New Journal of Physics11(2009)
053010(21pp)讲述了将PTCDA吸附在Ag表面上的设计方法，其吸附类型为物理吸附，虽然保
持了结构的完整性，但是其肖特基高度较大，性能较差。我们设计的双稳态的方法，可以将
两者结合起来，既能保持完整性，又能具有较小的导通电压。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有双稳态的肖特基二极管设计方法，能
够解决正向导通电压高，分子结构变形的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种具有双稳态结构的肖特基二极管设计方法，至少包括以下步骤：
(1)从铜体相中得到纯净的8×4×5的Cu(111)表面，对其结构进行优化得到其晶
格常数和费米能级大小；
(2)构建出anthradithiophene(ADT)分子，对其结构进行优化，得到其禁带宽；
(3)再将优化后的ADT分子吸附在优化后的Cu(111)面不同位置上，再分别对其进
行结构优化；
(4)检查其结果，并且找出能够稳定存在的结构；
(5)计算该稳定存在结构的界面偶极矩，确定其肖特基高度。
与现有技术相比，本发明具有双稳态结构的肖特基二极管包含ADT分子作为吸附
分子，其具有较大的禁带宽度，与并五苯及TCT等传统有机分子相比，具有较高的稳定性，同
时其吸附在铜表面上形成的吸附体系与PTCDA/Al以及F4TCNQ/Ag相比具有较低的肖特基高
度。将ADT分子中的S换成O原子或者Se原子时会取得同样的效应，符合现代分子设计的普适
性。本发明通过ADT分子吸附，使其具有物理态和化学态两种吸附构型，既能保持有机分子
的完整性，又能使其具有较低的肖特基高度，因此具有较低的正向导通电压，使其兼具性能
和结构的双重优点。
附图说明
图1是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管trans-ADT分子图(a)和trans-
ADT/Cu(111)的物理吸附图(b)。
图2是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管trans-ADT/Cu(111)的化学吸附
图。
图3是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管trans-ADT/Cu(111)的电荷差分
图。
图4是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管trans-ADT/Cu(111)的界面偶极
矩图。
图5是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管cis-ADT分子图。
图6是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管ADF分子图。
图7是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管ADS分子图。
图8是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管ADF/Cu(111)的物理吸附图。
图9是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管ADF/Cu(111)的化学吸附图。
图10是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管ADS/Cu(111)的物理吸附图。
图11是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管ADS/Cu(111)的化学吸附主视
图。
图12是本发明的一种具有双稳态的肖特基二极管的能级匹配图。
附图中各部件的标记如下：1：trans-ADT分子；2：Cu(111)面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述。
实施案例一
如图1所示，本发明提供一种肖特基二极管，包括trans-ADT分子1、干净的Cu(111)
2表面。
利用Materials Studio软件，导入铜单胞结构，改变其晶格常数使得将
其晶面指数改为(111)，并且建立8×4×5的超胞，加入的真空层将其导出。
我们使用了FHI-aims软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用PBE
+vdwsurf的泛函，能量收敛精度为2*10-2，力的收敛精度为10-4，采用2*5*1的k点网格，计算所
用的赝势为全电子赝势。
检查得出的结果，在输出结果里找出费米能级的大小。
trans-ADT分子1由C、H、O三种原子构成，分子式为C18H10O2。在MS中构建出trans-
ADT分子1的结构，并对其进行计算得到优化好的结构。计算方法与精度与上步相同。
检查优化后的结果，在输出结果里查找出分子LUMO和HOMO的能级大小。
将trans-ADT分子1放在Cu(111)2表面上的顶位、穴位、桥位吸附位置上。采用与上
步相同的方法与精度分别进行优化。
检查优化后的结果，找出稳定的结构如图1和2所示，分别计算其界面偶极：分别计
算吸附体系、衬体、分子的总电荷；用体系电荷分别减去衬体和分子电荷；对所得的电荷在
x-y内积分后沿着z轴分布如图3；将所得到的电荷密度代入泊松方程即可求得界面偶极如
图4。
对所得到的金属费米能级、分子LUMO和HOMO能级、界面偶极，画出能级匹配图，得
到该体系的肖特基高度。
实施案例二
本案例是对前述任一实施例的进一步改进，仅对改进的部分进行说明。
本发明不限于此，上述方法可以使ADT分子吸附在Cu(111)表面2，并且具有两种不
同的吸附构型，而且ADT分子是可以调控的，既可以用trans-ADT，也可以用cis-ADT，如图5。
而是可以改变ADT分子中的S原子为Se原子，使其成为ADS分子，如图6，或者改S原
子为O原子使其为ADF，如图7，将其吸附在Cu(111)顶位和穴位都会发现双稳态现象，分别如
图8-9，图10-11所示。
根据所计算的trans-ADT的禁带宽度，以及金属的费米能级，画出吸附体系的能级
匹配图，得到其肖特基高度，如图12所示。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发
明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技
术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。