MoS2异构体电子结构的第一性原理研究

摘要：通过第一性原理计算，我们发现在MoS2中引入四元环和八元环所形成的同素异形体(H468)是一种稳定的窄带直接带隙半导体。这种性质不同于常规的宽带隙半导体MoS2和完全由四元环和八元环组成的零带隙的MoS2同素异形体(H48)。具有中等带隙的H468将在纳米电子学和近红外光电器件的应用方面发挥重要的作用。此外，H468在正向偏压和负向偏压下扫描隧道显微镜(STM)图像的可分辨性也是实验上进行鉴别的重要特征。 90535

毕业论文关键词：二硫化钼，Haeckelite纳米管，电子带隙，声子散射，光电应用

Abstract：Abstract A stable planar allotrope of MoS2, formed by introducing four- and eight-membered rings into its hexagonal network (H468), is identified to be a narrow direct-band-gap semiconductor by first principle calculations, which is remarkably different from the large band gap semiconductor of conventional MoS2 and also the zero band gap allotrope consisting of four- and eight-membered rings (H48) only。 The medium-sized direct band gap indicates that H468 would find applications in nanoelectronics and near-infrared optoelectronic devices。 Furthermore, the distinctive simulated scanning tunneling microscope images under positive and negative biases might be a unique characteristic for the experimental identification of such an allotrope of MoS2。

Keywords：MoS2,Haeckelite,Electronic band gap,Phonon dispersion Opto-electronic applications

1 引言 5

1。1 MoS2概述 5

1。2 本文研究内容 5

2 方法 6

3 结果和讨论 6

3。1 H468的结构参数 6

3。2 H468热力学和动力学稳定性 7

3。3 H468的电子性质 9

3。4 模拟STM图像 10

3。5 讨论 10

结论 11

参考文献 12

1 引言

1。1 MoS2概述

由于其石墨烯具有独特的力学、物理和化学性质，因此，自从石墨烯被成功剥离出来之后[1]，就迅速吸引了众多研究者的目光[2]。非常高的载流子迁移率使得石墨烯成为纳米电子学的候选材料。然而，不幸的是，石墨烯的零带隙结构导致基于石墨烯的场效应晶体管的开关电流比太差[3]，这将不利于其在半导体器件中的应用[4]。最近，另一种二维材料MoS2吸引了实验和理论工作者的注意。体相MoS2 材料具有类似于石墨的层状结构。所以单层MoS2也能够像石墨烯一样通过剥离法获得[5]。跟石墨烯不同，单层MoS2 是直接带隙半导体[6]。另外，实验研究发现MoS2具有优异的输运性质，例如高载流子迁移率[7], [8]，几乎理想的亚阈值摆幅[7], [8]和在一定电压范围内稳定的电流饱和[8]，这说明MoS2薄膜可能成为纳米电子器件的理想候选材料。

1。2 本文研究内容论文网

尽管单层MoS2是直接带隙半导体，但是比较大的带隙（1。9 eV6）表明它不适合应用在红外器件中。虽然随着MoS2薄膜层数的增加，其带隙会逐渐减小，但是当层数大于等于两层时，会发生从直接带隙到间接带隙的转变[9]，这将降低其在光电器件中的应用。那么，有什么方法能够既降低MoS2的带隙又保持它直接带隙的性质呢？

从实验角度来说，通过化学气相沉积法(CVD)生长的MoS2会包含很多的晶界[10], [11]。晶界通常是由四元环、五元环、七元环、八元环以及六元环组成[10], [11]。而且，这些非六元环使得MoS2出现了中等带隙电子态[11]。这些结果表明在MoS2中掺入非六元环能够减小它的带隙。如果所有的六元环都被四元环和八元环替代的话，所形成的MoS2同素异形体(H48)在费米面附近变现出能量分散性，并且带隙也会消失[12]。接下来，Terrones和合作者[13]将研究扩展到了其他的二维过渡金属二硫化物TMX2 (TM = Mo, W, Nb; X = S, Se)。他们发现所有的H48同素异形体表现出半金属性或金属性，尽管它们传统的对应物都是半导体[13]。然而，类似于石墨烯，H48的半金属性也成为其在半导体方面应用的弱点。虽然将六元环全部替代成四元环和八元环能够使MoS2的带隙消失，但是我们可以保留一部分六元环来得到窄带直接带隙半导体。这种由四元环、六元环和八元环组成的新的 MoS2同素异形体H468比H48在能量上更加稳定。而且正如我们所料，H468是窄带直接带隙半导体，这将使它在近红外光电子器件的应用方面发挥作用。 MoS2异构体电子结构的第一性原理研究:http://www.youerw.com/wuli/lunwen_197766.html