【摘要】：隨著集成電路技術的不斷發(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注。從單層石墨烯被成功機械剝離出來后,二維半導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節(jié),但這會在一定程度削弱其他特性,并且這種調節(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,單層結構的帶隙值在1eV-2eV之間,這使得它非常合適應用于光電材料中。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電學和光學特性進行了研究,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_2三種異質結結構,分析了異質結結構、材料等因素對其電子結構、電學性質與光學性質的影響,得到的主要結論如下:(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構都有所增大,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,所有結構受到的應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構和態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)摻雜后材料的帶隙值相比本征結構明顯減小并表現(xiàn)出P型半導體的性質,表明稀土元素摻雜都是受主型摻雜,同時材料的導電性增強。最后計算了材料的光學特性,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)的應用。(2)首先通過計算三種異質結不同構型的形成能得到了最穩(wěn)定的原子堆疊結構。然后計算了三種異質結結構的能帶和態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)在構成異質結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帶的躍遷,增強了材料的導電性。通過布居分布發(fā)現(xiàn)在這三種異質結結構內部均形成了內建電場,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用。最后通過對異質結光學性質的計算發(fā)現(xiàn)吸收系數(shù)和光電導在可見光及近紅外區(qū)均有所增強,且發(fā)生了紅移,增強了其在光電設備領域的應用。
【圖文】：

逑圖１．１石墨烯結構圖逡逑在圖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構�，F(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構的二維材料，且應用廣泛｜｜２＃］，但石墨烯所表現(xiàn)出來的部分性質并不逡逑是人們所期望的，比如零帶隙的電學性質，而要打開石墨烯的帶隙必須以減弱其逡逑他性質為代價，這在一定程度上限制了其在電學上的應用｜１５＿｜６］。逡逑（２）

內部又是由三層原子相互堆疊構成，即Ｘ－Ｍ－Ｘ結構，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屏孔槌桑ǎ桑藻澹ㄈ嵌猿疲藻澹玻儒澹咝五義隙猿疲┖停常義澹廡味猿疲┤紙峁�，表现畴h朔岣壞牡繆閱�，冉悮枥^�、辶x轄鶚艉統(tǒng)繼逄匭裕虼宋搜芯咳嗽憊惴旱墓刈�。辶x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