二硫化鉬是一種類似石墨烯的二維納米材料,因其優(yōu)異的材料特性,被認(rèn)為是新一代電子器件的理想材料。和石墨烯等二維材料相比,二硫化鉬材料本身有更強(qiáng)的自旋屬性,在自旋器件上的應(yīng)用更是近幾年的研究熱點(diǎn)。本文采用緊束縛近似模型和遞歸格林函數(shù)方法,研究了單層二硫化鉬納米條帶和兩種不同形狀的Z字型二硫化鉬輸運(yùn)結(jié)構(gòu)的自旋輸運(yùn)性質(zhì)。本文首先介紹了單層二硫化鉬的結(jié)構(gòu)、制備、材料特性、應(yīng)用以及在自旋器件方面的研究現(xiàn)狀。其次闡述了本文中仿真計(jì)算的理論基礎(chǔ)和輸運(yùn)模型,包括三能帶緊束縛近似模型和自旋輸運(yùn)理論。最后在第三章和第四章介紹了本文的主要工作和研究結(jié)論,如下:1.研究了兩種二硫化鉬均勻條帶輸運(yùn)結(jié)構(gòu)的自旋輸運(yùn)性質(zhì),從能帶結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),鋸齒型二硫化鉬條帶的自旋能帶會(huì)分離,表現(xiàn)為金屬性;扶手椅型二硫化鉬條帶的自旋能帶不會(huì)分離,存在帶隙。接著從態(tài)密度分布分析了兩種條帶在邊緣態(tài)輸運(yùn)模型下每條能帶對(duì)應(yīng)的電子輸運(yùn)通道在條帶的哪個(gè)邊緣,其中扶手椅型條帶由于兩個(gè)邊緣上的Mo、S原子數(shù)相等,所以電子會(huì)均勻地在兩個(gè)邊緣上輸運(yùn)。兩種條帶的自旋電導(dǎo)表明,兩種條帶的自旋輸運(yùn)都沒有極化現(xiàn)象,所以我們?cè)诒疚闹兴薪Y(jié)構(gòu)的溝道上添加一個(gè)鐵磁場(chǎng),通過... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

單層二硫化鉬平面結(jié)構(gòu)

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2鉬是三層原子結(jié)構(gòu)模型，上下兩層為S原子，兩個(gè)S原子之間間距為3.135，中間為Mo原子層；層內(nèi)的Mo原子、S原子之間通過很強(qiáng)的共價(jià)鍵連接，保證單層結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。多層二硫化鉬結(jié)構(gòu)中層與層之間是通過較弱的范德華力堆疊在一起，使得和石墨烯一樣，可以通過物理剝離法進(jìn)行層與層分離得到單層的二硫化鉬片。圖1.1單層二硫化鉬平面結(jié)構(gòu)圖1.2二硫化鉬單層結(jié)構(gòu)側(cè)面圖1.1.2單層二硫化鉬的制備二硫化鉬在自然界中以輝鉬礦的形式存在，最早的高純度單層二硫化鉬片就是從輝鉬礦中獲取的，并制作出第一支高性能的二硫化鉬晶體管。目前獲得單層二硫化鉬的方法主要是通過合成或者化學(xué)氣相轉(zhuǎn)移得到，主要的制備方法有：機(jī)械剝離法、液相剝離、物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、電化學(xué)法、熱解法等，但是各種制備方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，很難同時(shí)兼顧大尺寸、高質(zhì)量、精確控制層數(shù)、大規(guī)模量產(chǎn)等要求，如何大規(guī)模獲取高質(zhì)量的大尺寸單層二硫化鉬納米片仍是目前的研究熱點(diǎn)。1.機(jī)械剝離法單層石墨烯最早就是由AndreGeim和Novoselov在實(shí)驗(yàn)室里利用機(jī)械剝離法層層剝離得到[1]，二硫化鉬層與層之間是由范德華力堆疊吸附在一起，所以也可以用機(jī)械剝離法剝離出單層的二硫化鉬納米片，2010年，KF.Mark和C.Lee在實(shí)驗(yàn)室中利用該方法成功從多層

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4件、半導(dǎo)體晶體管等器件的應(yīng)用中有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)；除此之外，單層的二硫化鉬納米片對(duì)壓力、氣體、雜質(zhì)等反應(yīng)較靈敏，由此各界學(xué)者對(duì)二硫化鉬傳感器也進(jìn)行了多方面的研究，二硫化鉬儼然成為最具應(yīng)用前景的二維材料。通過第一性原理計(jì)算得到二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，二硫化鉬的導(dǎo)帶底處于布利淵區(qū)的K點(diǎn)，但是價(jià)帶頂會(huì)隨著二硫化鉬層數(shù)減少而由Gamma點(diǎn)移動(dòng)至K點(diǎn)[13]。也就是說多層二硫化鉬是間接帶隙結(jié)構(gòu)，晶體態(tài)的間接帶隙寬度約為1.29eV，隨著層數(shù)的減少，間接帶隙逐漸增大，但是激子在K點(diǎn)上的直接躍遷能幾乎不變；單層二硫化鉬是直接帶隙結(jié)構(gòu)，帶隙為1.8eV。二硫化鉬擁有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，隨著二硫化鉬納米層層數(shù)減少，光致發(fā)光越強(qiáng)，單層二硫化鉬是直接帶隙結(jié)構(gòu)，他的發(fā)光效率最強(qiáng)[14]，同時(shí)也是制備光電器件的理想材料。和體態(tài)結(jié)構(gòu)相比，單層二硫化鉬結(jié)構(gòu)的PL量子產(chǎn)量極高[2]，介電常數(shù)更低，激子結(jié)合能更高[15]，單層二硫化鉬在熒光探測(cè)器、光電晶體管等光學(xué)器件上的應(yīng)用極廣，后續(xù)我們將舉例說明。圖1.3單層、兩層、和晶體態(tài)（多層）二硫化鉬能帶結(jié)構(gòu)1.場(chǎng)效應(yīng)晶體管早在2017年，Ayari團(tuán)隊(duì)利用8-40nm大小的二硫化鉬納米片制作出第一只場(chǎng)效應(yīng)器件[16]，在零柵壓和常溫下，測(cè)得該二硫化鉬納米片的平面電阻率約為0.3-4Ω，電子遷移率在10-50211范圍內(nèi)，器件的電流開關(guān)比更是高達(dá)105。2011年，B.Radisavljevic團(tuán)隊(duì)

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]石墨烯納米結(jié)構(gòu)中輸運(yùn)性質(zhì)的研究[D]. 王晶.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



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