1、选题的目的和意义
二维材料是当今材料科学、凝聚态物理乃至信息科学及其交叉学科领域的研究热门之一。第一个被发现的二维材料石墨烯，具有高的迁移率和好的环境稳定性，被认为是作为电子器件的理想材料。然而，石墨烯及其同类第IV族二维材料硅烯和锗烯，没有本征带隙，作为晶体管开关比往往很低，作为光电探测器件暗电流大。与第IV族单质二维材料不同的是，第V族二维材料黑磷，具有较宽的可调直接带隙，同时兼具较高的迁移率，除此之外，黑磷另一个最大的特点是具有平面各向异性。然而，黑磷在空气中稳定性欠佳，限制了其进一步应用。因此，寻找一种新的兼具第IV族和第V族单质二维材料优点（高迁移率、可调带隙、平面各向异性和较好稳定性）的新型二维材料，成为一项重要挑战。
而一种新型的第IV族-第V族化合物二维材料—GeP，它具有低对称的单斜晶体结构，属于C2/m (No.12)空间群，正是这种低对称结构确保了GeP的平面各向异性。并且GeP具有依赖与层数从体相0.51 eV到单层1.68 eV连续可调带隙，此外，对于单层的GeP，在某些方向上载流子有效质量小于黑磷，这意味着GeP具有潜在的高迁移率。同时，GeP的价电子浓度为4.5，小于黑磷的价电子浓度5，因此GeP的稳定性要优越于黑磷。
综上，二维GeP是一类具有平面各向异性、宽的可调带隙、潜在高迁移率和较好稳定性的新型二维材料。[1]
2、国内外研究现状：
人们对二维材料越来越感兴趣，无论是电子学和光电子学的基础部件还是潜在部件[2-8]。石墨烯是最早发现的二维材料，具有超高的迁移率和良好的空气稳定性，[9-12]这使其成为晶体管应用的理想材料[13]。然而，石墨烯以及其他第四族元素二维材料，如硅烯和锗烯，都是半金属材料，没有固有的带隙。因此，石墨化场效应晶体管显示相对较小的开/关比，而光电探测器总是产生较大的暗电流和不良的光响应。[14-16]与第四组单元素材料不同，第五组元素2D半导体如黑磷具有从0.35到1.73 eV的连续可调带隙[17]，同时因为其固有的高空穴迁移率，使其成为高性能场效应晶体管、光检测器和太阳能电池的二维材料领域的自然竞争者。[18-21] 除了可调谐带隙和高迁移率外，黑磷的另一个重要特征是面内各向异性。[22-23]这种面内各向异性显示出更丰富的物理特性，为我们调节黑磷的电、光和热特性提供了另一种自由度[24-29]，从而扩大了设计新型半导体器件和探索独特应用的条件范围[30-31]。尽管黑磷有许多优秀的特性，[32]但它的空气不稳定性限制了其未来的应用。
将IV族元素（C、Si或Ge）与磷（P）元素结合可预期产生具有这两种元素的综合优势的材料（例如，稳定性好、迁移率高、可调谐带隙和平面内各向异性）[32-34]。实际上，对IV-P族化合物的研究可以追溯到20世纪40年代[35]，但它们的二维性质及其相关特性尚未得到实验研究。最近，金等人报道了对2d GeP3的理论研究，结果表明，2d GeP3具有比黑磷更高的化学稳定性，0-0.55eV的适度可调谐带隙，高迁移率可达8.84times;103cm2 V-1s-1。[34]同时，基于SiP的理论计算表明，2d SiP具有较高的热稳定性和动态稳定性，可调带隙（1.69-2.59 eV）范围广，迁移率与黑磷相似[33]。尽管这几项开创性的工作预测了IV-P族复合材料在电子和光电应用方面具有广阔的前景，但其仍然缺乏对二维极限固有光电特性的实验研究和器件应用的尝试。另一方面，发现新的各向异性二维材料，研究其在面内各向异性方面的物理性质，不仅具有科学意义，而且是技术需要。
近期，华中科技大学翟天佑教授课题组在Advanced Materials上发表了题名为2D GeP: An Unexploited Low-Symmetry Semiconductor with Strong In-Plane Anisotropy的论文。该文研究了一种新型的第IV族-第V族化合物二维材料—GeP。它具有低对称的单斜晶体结构，属于C2/m (No.12)空间群，正是这种低对称结构确保了GeP的平面各向异性。他们经研究发现，GeP具有潜在的高迁移率，其稳定性要优越于黑磷。综上，二维GeP是一类具有平面各向异性、宽的可调带隙、潜在高迁移率和较好稳定性的新型二维材料。这项研究工作有望激发未来对第IV族—第V族化合物（SiP, GeP, SiAs, GeAs等）二维材料的研究兴趣。
3、本毕业设计（论文）课题的研究内容：
（1）开展数值仿真计算，计算半导体器件的电子能带结构和IV特性、转移特性、载流子迁移率、开关比等电学性能参数。
