二硫化钼纳米薄膜能带及功函数调控的第一性原理研究

发布时间：2017-08-11 01:01

  本文关键词：二硫化钼纳米薄膜能带及功函数调控的第一性原理研究

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【摘要】：类石墨烯二维材料MoS_2,由于其新颖的结构特性和独特的物理性质从而被广泛应用于场效应晶体管、新型光电器件和自旋电子器件、传感、催化与清洁可再生能源等诸多领域。然而,在工业制备和应用过程中,MoS_2材料往往存在一些对其电学性能造成影响的因素:与电极接触的晶格失配应变、栅介质材料体空位和费米钉扎效应等。如何寻找高质量的MoS_2作为沟道材料仍然是薄膜晶体管领域的研究热点。本论文中,我们基于第一性原理计算方法系统地研究了关于不同厚度、硫原子空位和氧原子杂质的MoS_2薄膜及MoS_2(0001)/44′Au(111)堆叠结构的功函数与能带。主要内容如下:(1)首先研究了不同应变状态对MoS_2带隙的影响。压应变会使带隙先上升后下降,拉应变下降迅速。随着层数增加,带隙变化规律趋势一致。然后探索了不同层数和层间距离对MoS_2能带和功函数影响:随着层数增加,能带下降并趋向块体带隙。功函数局域有序,然而在平衡间距,功函数增加趋势较为明显。进一步,对带隙进行简单的量化表达。该量化表达式可以作为选取MoS_2的结构参数来调控MoS_2的带隙的理论依据。(2)计算了单层MoS_2的硫原子空位浓度的能带和电子功函数性质,主要分析了不同硫空位浓度的能带变化和电子功函数变化。随着空位浓度的增加,在能带性质方面,空位体系会使得带隙值下降,特殊的位置掺杂硫和氧原子会使MoS_2变成金属性质;在功函数方面,硫原子浓度增加使得功函数增加(由于基底原因有所偏差),氧原子浓度增加使得功函数小范围波动。为MoS_2精密器件应用提供了理论支撑。(3)通过建立Au/MoS_2堆叠结构的原子模型,研究了不同硫原子空位对其能带性质与等效功函数的影响。等效功函数随着硫原子浓度增加而增加,但增量变小。硫原子空位的引入可以降低肖特基势垒,使Au/MoS_2呈现欧姆接触类型。
【关键词】：调控 功函数 能带 空位
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.12;TB383
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 二硫化钼结构10-12
• 1.2.1 二硫化钼晶体结构10
• 1.2.2 二硫化钼形貌10-12
• 1.3 二硫化钼物理性质12-16
• 1.3.1 二硫化钼光学表征12-14
• 1.3.2 二硫化钼光电性质14-15
• 1.3.3 二硫化钼其它性能15-16
• 1.3.4 二硫化钼器件应用16
• 1.4 本论文的选题依据和研究内容16-18
• 第2章 理论计算方法18-24
• 2.1 密度泛函理论18-21
• 2.1.1 波恩-奥本海默近似（Born-Oppenheimer, BO）18-19
• 2.1.2 单电子近似及自洽场方法（Hartree-Fock，HF）19-20
• 2.1.3 密度泛函理论20-21
• 2.2 第一性原理的应用21-24
• 2.2.1 VASP计算软件包21-22
• 2.2.2 Materials Studio软件22
• 2.2.3 能带结构计算22
• 2.2.4 电子功函数计算22-24
• 第3章 层数和间距对MoS_2能带和功函数的影响24-33
• 3.1 引言24
• 3.2 理论方法和模型24-26
• 3.2.1 计算方法和参数24-25
• 3.2.2 不同层数与间距MoS_2 -slab模型25-26
• 3.3 结果和讨论26-32
• 3.3.0 不同层数N-MoS_2 (0001)-slab的层数能带26-27
• 3.3.1 不同层数N-MoS_2 (0001)-slab的应变能带27-28
• 3.3.2 不同层间距离 2-MoS_2 (0001)-slab的间距能带28-30
• 3.3.3 不同层数与间距MoS_2 (0001)-slab的功函数30
• 3.3.4 N-MoS_2 (0001)-slab及其不同间距的能带对齐30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 硫空位对单层MoS_2能带和功函数的影响33-44
• 4.1 引言33
• 4.2 计算方法33
• 4.3 单层MoS_2含硫原子空位的功函数和能带33-38
• 4.3.1 单层MoS_2含硫原子空位模型33-35
• 4.3.2 单层MoS_2含硫原子空位的功函数35-36
• 4.3.3 单层MoS_2含硫原子空位的能带特性。36-38
• 4.4 单层MoS_2含氧原子杂质空位的功函数和能带38-43
• 4.4.1 单层MoS_2含氧原子杂质空位模型38-40
• 4.4.2 单层MoS_2氧原子杂质空位的功函数。40-41
• 4.4.3 单层MoS_2氧原子杂质空位能带特性。41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 Au/MoS_2空位能带功函数研究44-54
• 5.1 引言44
• 5.2 方法和模型44-53
• 5.2.1 计算方法44-45
• 5.2.2 Au/MoS_2空位模型及参数45-48
• 5.2.3 Au/MoS_2硫原子空位分布有效功函数48-51
• 5.2.4 Au/MoS_2硫原子空位分布的能带特性。51-53
• 5.3 本章小结53-54
• 第6章 总结与展望54-56
• 6.1 总结54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士期间的学术论文65

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本文编号：653455