基于能帶調(diào)控的單層MoS2摻雜仿真研究.pdf

1、二硫化鉬（MoS2）是具有類似石墨烯二維層狀結(jié)構(gòu)的新型納米材料，但與石墨烯的零帶隙特性不同，其本身就具有一定的帶隙寬度，是天然的半導(dǎo)體材料，這也使它表現(xiàn)出眾多優(yōu)良的物理、化學(xué)特性，在固體潤滑劑、電池正極材料、場效應(yīng)晶體管、分子傳感器以及光電探測器等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，成為目前研究最熱門的半導(dǎo)體材料之一。而在實際中，半導(dǎo)體材料并不能直接進行應(yīng)用，還需要對其禁帶寬度、邊緣電位等進行必要的調(diào)控，以滿足不同應(yīng)用電學(xué)特性的要求，本文基于以上原因開

2、展了對單層MoS2電子能帶調(diào)控的仿真研究。在研究工作中，我們采用了兩種常用的能帶調(diào)控方法—摻雜調(diào)控、空位缺陷調(diào)控，分別對單層MoS2能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控進行了理論仿真，研究主要結(jié)果如下：
　?。?）基于第一性原理的DFT方法，探究了非金屬元素Se摻雜對單層MoS2電子能帶的影響，以及摻雜后對其應(yīng)用于光解水領(lǐng)域的影響。將計算數(shù)據(jù)進行合理的修飾后得出，未摻雜體系的單層MoS2具有1.740 eV的禁帶寬度，且它的高對稱點均在布里淵區(qū)K點，能帶

3、結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為直接帶隙。合適濃度的Se元素摻雜計算結(jié)果表明，摻雜后對單層MoS2的帶隙寬度并沒有太大影響，但分析其能帶邊緣電位發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)帶底與價帶頂電位均出現(xiàn)較小幅度的下移，恰好平衡了它應(yīng)用于光催化分解水時氧化、還原反應(yīng)的效率。此外，通過形成能計算發(fā)現(xiàn)，Se元素摻雜后體系的形成能較低，熱力學(xué)性能穩(wěn)定，證明摻雜體系也較容易實現(xiàn)。
　?。?）基于第一性原理的DFT方法，探究了過渡金屬元素Nb摻雜對單層 MoS2電子能帶的影響，以及摻雜后對其

4、應(yīng)用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的影響。計算結(jié)果表明，Nb摻雜會導(dǎo)致它的帶隙寬度減小，且隨著濃度的不斷增加，減小越多。通過分析其不同濃度摻雜體系的態(tài)密度圖發(fā)現(xiàn)，Nb摻雜會使得單層MoS2的導(dǎo)帶底向左移動，且濃度越高移動的也越多，而價帶頂變化較小，致使其帶隙值大幅減小，這將使它的電流開關(guān)比、導(dǎo)電性等電學(xué)性能都得到顯著提升。此外，通過形成能計算發(fā)現(xiàn)，Nb元素摻雜后體系的形成能較低，表明摻雜體系也較容易實現(xiàn)。
　?。?）基于第一性原理的 DFT方法

5、，探究了3種不同空位缺陷（VS、VMo、VMoS6）對單層MoS2電子能帶結(jié)構(gòu)的影響。計算結(jié)果表明，空位缺陷會引起其周圍的晶格發(fā)生畸變，與本征的相比，缺陷附近的S-Mo-S鍵角均相對減小。由其能帶計算結(jié)果表明，3種空位缺陷均在單層MoS2禁帶中引入了新的缺陷能級，使得其帶隙值大幅減小。其中VS空位引入的缺陷能級處于禁帶較為居中的部位，而VMo、VMoS6空位引入的缺陷能級均離價帶頂較近，但未越過費米能級。此外，通過對比其態(tài)密度結(jié)果發(fā)現(xiàn)，