采用平面波超軟贗勢方法研究了非金屬元素摻雜對二硒化鎢/石墨烯肖特基電子特性的影響.研究表明二硒化鎢與石墨烯層間以范德瓦耳斯力結合形成穩(wěn)定的結構.能帶結果表明二硒化鎢與石墨烯在穩(wěn)定層間距下形成n型肖特基勢壘.三維電子密度差分圖表明石墨烯中的電子向二硒化鎢移動,使二硒化鎢表面帶負電,石墨烯表面帶正電,界面形成內建電場.分析表明,將非金屬原子摻雜二硒化鎢可以有效地調控二硒化鎢/石墨烯肖特基勢壘的類型和高度. C, O原子摻雜二硒化鎢時,肖特基類型由p型轉化為n型,并有效降低了肖特基勢壘的高度; N, B原子摻雜二硒化鎢時,摻雜二硒化鎢體系表現(xiàn)出金屬性,與石墨烯接觸表現(xiàn)為歐姆接觸.本文結果可為二維場效應晶體管的設計與制作提供相關指導.

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【部分圖文】：

圖1單層二硒化鎢摻雜俯視圖(a)單層二硒化鎢3×3×1超胞摻硼俯視圖;(b)單層二硒化鎢3×3×1超胞摻碳俯視圖;(c)單層二硒化鎢3×3×1超胞摻氮俯視圖;(d)單層二硒化鎢3×3×1超胞摻氧俯視圖

基于圖1建立的4種物理模型,為了深入研究異質結的匹配情況,計算了WSe2(1–x)(B,C,NO)2x/graphene異質結的晶格失配率.設定優(yōu)化后異質結晶格常數(shù)為a",單層二硒化鎢超胞晶格常數(shù)為a1,graphene超胞晶格常數(shù)為a2,定義晶格失配率為s=(a2–a1)/a....

圖2單層二硒化鎢(a)、石墨烯(b)及二硒化鎢/石墨(c)能帶圖,n型(p型)SBH介于二硒化鎢的費米能級和最小導帶(價帶最大值)之間,費米能級歸一化設置為零,用紅虛線表示

在設計并實現(xiàn)基于二維過渡金屬硫化物的高效邏輯器件時,有必要在低勢壘條件下制備n型和p型場效應晶體管.根據(jù)肖特基在金屬/半導體界面的模型,n型肖特基勢壘高度(n-SBH)表示導帶底與費米能級之間的能量差.而p型肖特基勢壘高度(p-SBH)可以由價帶頂與費米能級之間的能量差來定義.因....

圖3WSe2/graphene異質結三維電子密度差分圖(a)側視圖;(b)俯視圖

在分析WSe2/graphene異質結的電荷轉移情況時,本文計算了異質結的三維電荷密度差分,如圖3所示.其中紅色區(qū)域代表graphene價電子減少,即正電荷聚集區(qū);藍色區(qū)域代表Se原子表明聚集了負電荷,即電子的增加.當WSe2和graphene形成異質結后,graphene部分電....

圖4WSe2/graphene異質結的總態(tài)密度及分態(tài)密度圖

為了更好地明確WSe2/graphene異質結層間作用的機理,對異質結的總態(tài)密度和分態(tài)密度進行了分析.如圖4所示,在費米能級附近的價帶頂主要由W5d和Se4p軌道組成,而相對費米能級較遠的導帶底則是由C2p和W5d軌道組成.從圖4(b)可以看出,graphene的軌道主要....

本文編號：3943911