【摘要】：隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展,人們所研究的材料尺寸也在不斷減小,以石墨烯為代表的二維納米材料引起了研究者們的廣泛關(guān)注。從單層石墨烯被成功機械剝離出來后,二維半導(dǎo)體材料的研究進入到一個嶄新的階段,但是由于本征石墨烯是零帶隙,其開關(guān)電流比很小,為了發(fā)揮石墨烯的優(yōu)良特性,需要對其帶隙進行調(diào)節(jié),但這會在一定程度削弱其他特性,并且這種調(diào)節(jié)并不容易實現(xiàn)。在這之后,以黑磷、過渡金屬硫族化合物、六方氮化硼等為代表的新型類石墨烯二維材料引起了研究熱潮,被廣泛應(yīng)用于各種器件。其中,過渡金屬硫族化合物不僅像石墨烯一樣能通過剝離得到超薄單層,并且隨著其層數(shù)的降低,帶隙值逐漸增大,單層結(jié)構(gòu)的帶隙值在1eV-2eV之間,這使得它非常合適應(yīng)用于光電材料中。本文在基于密度泛函理論的廣義梯度近似下,采用第一性原理平面波贗勢方法,對MoSe_2和WSe_2這兩種二維過渡金屬硫族化合物的相關(guān)電學(xué)和光學(xué)特性進行了研究,并通過稀土元素摻雜的方法對MoSe_2和WSe_2進行了改性,探討了稀土元素摻雜對材料特性的影響;建立了MoSe_2-WSe_2、MoSe_2-CrSe_2和WSe_2-CrSe_2三種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),分析了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、材料等因素對其電子結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)與光學(xué)性質(zhì)的影響,得到的主要結(jié)論如下:(1)首先計算分析稀土元素La、Ce、Nd替位摻雜前后MoSe2和WSe2晶格參數(shù)和所受應(yīng)力的變化,三種稀土元素摻雜后摻雜原子周圍的原子間鍵長比本征結(jié)構(gòu)都有所增大,鍵角則有所減小,變化程度與摻入的稀土元素原子和被替代原子半徑差成正比,所有結(jié)構(gòu)受到的應(yīng)力值相對于摻雜前都有明顯的增大。其次計算了摻雜前后的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)摻雜后材料的帶隙值相比本征結(jié)構(gòu)明顯減小并表現(xiàn)出P型半導(dǎo)體的性質(zhì),表明稀土元素摻雜都是受主型摻雜,同時材料的導(dǎo)電性增強。最后計算了材料的光學(xué)特性,稀土元素摻入后,在可見光和近紅外區(qū)域,MoSe_2和WSe_2的吸收系數(shù)值增大,反射率值減小,同時出現(xiàn)紅移,增強了材料在可見光和近紅外光區(qū)的應(yīng)用。(2)首先通過計算三種異質(zhì)結(jié)不同構(gòu)型的形成能得到了最穩(wěn)定的原子堆疊結(jié)構(gòu)。然后計算了三種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的能帶和態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)在構(gòu)成異質(zhì)結(jié)之后材料的帶隙值明顯降低,而且此時材料仍然保持了直接帶隙的特點,有利于電子從價帶到導(dǎo)帶的躍遷,增強了材料的導(dǎo)電性。通過布居分布發(fā)現(xiàn)在這三種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部均形成了內(nèi)建電場,有助于光生電子-空穴對的分離,增強其在光電子器件上的應(yīng)用。最后通過對異質(zhì)結(jié)光學(xué)性質(zhì)的計算發(fā)現(xiàn)吸收系數(shù)和光電導(dǎo)在可見光及近紅外區(qū)均有所增強,且發(fā)生了紅移,增強了其在光電設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。
【圖文】：

逑圖１．１石墨烯結(jié)構(gòu)圖逡逑在圖１．］中，二維石墨烯由正六邊形組成，碳原子位于正六邊形頂點處，最逡逑終形成了六角蜂巢的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，人們己經(jīng)對石墨烯進行了大量的研究，并對其逡逑各類性質(zhì)有了比較深入的認識。雖然石墨烯是人們通過實驗制得的第一種具有單逡逑層原子結(jié)構(gòu)的二維材料，且應(yīng)用廣泛｜｜２＃］，但石墨烯所表現(xiàn)出來的部分性質(zhì)并不逡逑是人們所期望的，比如零帶隙的電學(xué)性質(zhì)，而要打開石墨烯的帶隙必須以減弱其逡逑他性質(zhì)為代價，這在一定程度上限制了其在電學(xué)上的應(yīng)用｜１５＿｜６］。逡逑（２）

內(nèi)部又是由三層原子相互堆疊構(gòu)成，即Ｘ－Ｍ－Ｘ結(jié)構(gòu)，其中上下層是硫族原子，逡逑中間層是過渡金屬原子［２２＿２３］。以ＴＭＤＣｓ家族中的代表性材料ＭｏＳ２為例，其單逡逑層模型如圖１．２所示。逡逑Ａ邋Ａ邋Ａ邋＼邐（ｂ）逡逑~栧義賢跡保駁ゲ悖停錚櫻玻ǎ幔└┦油跡ǎ猓┎嗍油跡渡蠔突粕蚍直鶇恚停鐫雍停釉渝義嫌捎冢裕停模茫缶哂卸嘌幕Ъ屏孔槌�，包括ＩＴ邋（三角对称）Ｔ邋２Ｈ邋（六边形辶x隙猿疲┖停常義澹廡味猿疲┤紙峁梗硐殖雋朔岣壞牡繆閱�，冉悮枥^濉㈠義轄鶚艉統(tǒng)繼逄匭�，因此吸引了研究人詰v惴旱墓刈ⅰｅ義希保玻插危裕停模茫笱繡辰瑰義轄昀�，，国闹I飪蒲械ノ歡遠裕停模茫笸度肓舜罅康難繡匙試春土α�，取辶x系昧撕芏啻蔥灤緣某曬�。其中，研究最广泛的材刘r牽

本文編號：2630428