非金属元素掺杂二硒化钨/石墨烯异质结对其肖特基调控的理论研究

发布时间：2024-03-31 12:11

　　采用平面波超软赝势方法研究了非金属元素掺杂对二硒化钨/石墨烯肖特基电子特性的影响.研究表明二硒化钨与石墨烯层间以范德瓦耳斯力结合形成稳定的结构.能带结果表明二硒化钨与石墨烯在稳定层间距下形成n型肖特基势垒.三维电子密度差分图表明石墨烯中的电子向二硒化钨移动,使二硒化钨表面带负电,石墨烯表面带正电,界面形成内建电场.分析表明,将非金属原子掺杂二硒化钨可以有效地调控二硒化钨/石墨烯肖特基势垒的类型和高度. C, O原子掺杂二硒化钨时,肖特基类型由p型转化为n型,并有效降低了肖特基势垒的高度; N, B原子掺杂二硒化钨时,掺杂二硒化钨体系表现出金属性,与石墨烯接触表现为欧姆接触.本文结果可为二维场效应晶体管的设计与制作提供相关指导.

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【部分图文】：

图1单层二硒化钨掺杂俯视图(a)单层二硒化钨3×3×1超胞掺硼俯视图;(b)单层二硒化钨3×3×1超胞掺碳俯视图;(c)单层二硒化钨3×3×1超胞掺氮俯视图;(d)单层二硒化钨3×3×1超胞掺氧俯视图

基于图1建立的4种物理模型,为了深入研究异质结的匹配情况,计算了WSe2(1–x)(B,C,NO)2x/graphene异质结的晶格失配率.设定优化后异质结晶格常数为a",单层二硒化钨超胞晶格常数为a1,graphene超胞晶格常数为a2,定义晶格失配率为s=(a2–a1)/a....

图2单层二硒化钨(a)、石墨烯(b)及二硒化钨/石墨(c)能带图,n型(p型)SBH介于二硒化钨的费米能级和最小导带(价带最大值)之间,费米能级归一化设置为零,用红虚线表示

在设计并实现基于二维过渡金属硫化物的高效逻辑器件时,有必要在低势垒条件下制备n型和p型场效应晶体管.根据肖特基在金属/半导体界面的模型,n型肖特基势垒高度(n-SBH)表示导带底与费米能级之间的能量差.而p型肖特基势垒高度(p-SBH)可以由价带顶与费米能级之间的能量差来定义.因....

图3WSe2/graphene异质结三维电子密度差分图(a)侧视图;(b)俯视图

在分析WSe2/graphene异质结的电荷转移情况时,本文计算了异质结的三维电荷密度差分,如图3所示.其中红色区域代表graphene价电子减少,即正电荷聚集区;蓝色区域代表Se原子表明聚集了负电荷,即电子的增加.当WSe2和graphene形成异质结后,graphene部分电....

图4WSe2/graphene异质结的总态密度及分态密度图

为了更好地明确WSe2/graphene异质结层间作用的机理,对异质结的总态密度和分态密度进行了分析.如图4所示,在费米能级附近的价带顶主要由W5d和Se4p轨道组成,而相对费米能级较远的导带底则是由C2p和W5d轨道组成.从图4(b)可以看出,graphene的轨道主要....

本文编号：3943911