二維半導體材料遷移率的第一性原理研究.pdf

1、基于形變勢理論，本文將聲學聲子、光學聲子以及壓電效應（1H結構）對載流子的散射考慮在內，得到了對二維單層材料遷移率較為精準的近似模型，并以此模型對14種過渡金屬二硫族化物（Transition Metal Dichalcogenides，TMD）載流子的遷移率進行了第一性原理計算。通過和實驗結果的對比，本文驗證了利用形變勢（聲學聲子形變勢、光學聲子形變勢以及壓電效應形變勢）近似電子-聲子散射矩陣元，進而對過渡金屬二硫族化物的二維層狀材料

2、的遷移率進行計算的可行性。
　　計算結果顯示，WS2在1H結構的材料中具有最高的電子遷移率和空穴遷移率，分別為：1739和2604 cm2V-1s-1。在1T結構的材料中，PtSe2具有最大的理論電子遷移率，為4037 cm2V-1s-1，而最大的理論空穴遷移率在HfS2中，為1959 cm2V-1s-1。另外一方面，WS2是具有1.99 eV帶隙的直接間隙半導體，而PtSe2和HfS2則是間接帶隙半導體，帶隙分別為1.69 eV

3、和1.05 eV。考慮到作為理想的半導體材料所需具備的合適帶隙以及較高的載流子遷移率這兩個條件，WS2和PtSe2很有成為具備優(yōu)良性能的n型二維半導體的可能，而WS2和HfS2則具備成為p型二維半導體的潛力，而其余的11種材料中不可能成為具有高遷移率的二維半導體材料。
　　本文所用的計算方法，可以推廣運用到所有的二維材料上。相比于 Kaasbjerg和Kim等人通過直接處理電子-聲子相互作用矩陣元而計算遷移率的方法，本文中所用的計

4、算方法所需計算資源小，所耗計算時間短，僅需要完成能帶計算和初步聲子計算等幾個小步驟，符合材料基因組的基本思想，有利于對大量材料進行快速篩選。
　　此外，本文還對范德華力在類似于PtSe2這種層間為長程相互作用的材料由單層到塊體過渡的過程中所起的作用做了詳細的分析。對比 Z. Zhu和 Swastibrata Bhattacharyya等人關于應變對多層二維材料性質的影響，本文得到如下結論：層狀材料由單層向塊體過渡的過程中范德華力的