【摘 要】
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在各种二维材料中,单层过渡金属硫族化合物,因为具有可观的带隙(Eg,1-2e V)和较高的载流子迁移率和开/关比,已显示出作为半导体材料的巨大潜力。MoS2更是由于其独特的物理特性(
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在各种二维材料中,单层过渡金属硫族化合物,因为具有可观的带隙(Eg,1-2e V)和较高的载流子迁移率和开/关比,已显示出作为半导体材料的巨大潜力。MoS2更是由于其独特的物理特性(例如依赖于层数的直接-间接带隙转换以及原子尺度的相变等),在低功耗器件应用中受到广泛关注。然而较高的接触电阻一直限制着器件的性能,因此寻求提高接触性能的解决办法一直以来都是这一领域的一大研究重点和难点。本论文基于第一性原理计算,对金属-单层MoS2和金属-多层MoS2异质结的接触性能做了系统的研究和分析。本论文对二维层状材料和过渡金属硫族化合物的基本性质做了系统介绍。重点归纳了MoS2的两种结构相(1T相和2H相)的结构特性和电学性质,阐述了目前在场效应晶体管应用中面临的困难和国内外的研究现状。并且基于第一性原理的方法,对结构性能做了各方面的分析。在不同的金属-单层MoS2异质结中,从接触界面出发,说明较小的晶格失配更有利于异质结界面的成键和载流子迁移,而且具有合适金属功函数和一些d轨道金属更适合做金属电极。详细分析了界面费米能级钉扎是金属-单层MoS2接触的瓶颈所在,其根本原因主要有两个:界面电偶极矩的影响和Mo原子的d-轨道态的弥散性。针对不同的金属-多层MoS2异质结,我们对接触界面和MoS2层间作用分别做了分析。把金属电极根据和MoS2的接触效果分成了两种类型:一类是MoS2的第一层(和金属直接接触的一层)存在强钉扎但后续层发生层间减钉扎进而提高整体性能;另一类是第一层MoS2被金属化,后续层和被金属化层接触而提高整体性能。并且详细介绍了增加MoS2层数可以通过减小整体带隙进而减弱钉扎效应,而且还在MoS2层间实现了Ⅱ型能带排列;最后提出原子尺度的相变工程和层间掺杂都可以使接触性能得到改善。这项研究有助于对金属-过渡金属二硫化合物异质结的电学性质更系统且深入的理解,并且希望能为这一领域的应用提供一些理论依据和参考。
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