二硫化鉬是一種類似石墨烯的二維納米材料,因其優(yōu)異的材料特性,被認為是新一代電子器件的理想材料。和石墨烯等二維材料相比,二硫化鉬材料本身有更強的自旋屬性,在自旋器件上的應用更是近幾年的研究熱點。本文采用緊束縛近似模型和遞歸格林函數(shù)方法,研究了單層二硫化鉬納米條帶和兩種不同形狀的Z字型二硫化鉬輸運結構的自旋輸運性質。本文首先介紹了單層二硫化鉬的結構、制備、材料特性、應用以及在自旋器件方面的研究現(xiàn)狀。其次闡述了本文中仿真計算的理論基礎和輸運模型,包括三能帶緊束縛近似模型和自旋輸運理論。最后在第三章和第四章介紹了本文的主要工作和研究結論,如下:1.研究了兩種二硫化鉬均勻條帶輸運結構的自旋輸運性質,從能帶結構發(fā)現(xiàn),鋸齒型二硫化鉬條帶的自旋能帶會分離,表現(xiàn)為金屬性;扶手椅型二硫化鉬條帶的自旋能帶不會分離,存在帶隙。接著從態(tài)密度分布分析了兩種條帶在邊緣態(tài)輸運模型下每條能帶對應的電子輸運通道在條帶的哪個邊緣,其中扶手椅型條帶由于兩個邊緣上的Mo、S原子數(shù)相等,所以電子會均勻地在兩個邊緣上輸運。兩種條帶的自旋電導表明,兩種條帶的自旋輸運都沒有極化現(xiàn)象,所以我們在本文中所有結構的溝道上添加一個鐵磁場,通過... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單層二硫化鉬平面結構

杭州電子科技大學碩士學位論文2鉬是三層原子結構模型，上下兩層為S原子，兩個S原子之間間距為3.135，中間為Mo原子層；層內(nèi)的Mo原子、S原子之間通過很強的共價鍵連接，保證單層結構中結構的穩(wěn)定性。多層二硫化鉬結構中層與層之間是通過較弱的范德華力堆疊在一起，使得和石墨烯一樣，可以通過物理剝離法進行層與層分離得到單層的二硫化鉬片。圖1.1單層二硫化鉬平面結構圖1.2二硫化鉬單層結構側面圖1.1.2單層二硫化鉬的制備二硫化鉬在自然界中以輝鉬礦的形式存在，最早的高純度單層二硫化鉬片就是從輝鉬礦中獲取的，并制作出第一支高性能的二硫化鉬晶體管。目前獲得單層二硫化鉬的方法主要是通過合成或者化學氣相轉移得到，主要的制備方法有：機械剝離法、液相剝離、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、電化學法、熱解法等，但是各種制備方法都有各自的優(yōu)缺點，很難同時兼顧大尺寸、高質量、精確控制層數(shù)、大規(guī)模量產(chǎn)等要求，如何大規(guī)模獲取高質量的大尺寸單層二硫化鉬納米片仍是目前的研究熱點。1.機械剝離法單層石墨烯最早就是由AndreGeim和Novoselov在實驗室里利用機械剝離法層層剝離得到[1]，二硫化鉬層與層之間是由范德華力堆疊吸附在一起，所以也可以用機械剝離法剝離出單層的二硫化鉬納米片，2010年，KF.Mark和C.Lee在實驗室中利用該方法成功從多層

杭州電子科技大學碩士學位論文4件、半導體晶體管等器件的應用中有著絕對的優(yōu)勢；除此之外，單層的二硫化鉬納米片對壓力、氣體、雜質等反應較靈敏，由此各界學者對二硫化鉬傳感器也進行了多方面的研究，二硫化鉬儼然成為最具應用前景的二維材料。通過第一性原理計算得到二硫化鉬的能帶結構如圖1.3所示，二硫化鉬的導帶底處于布利淵區(qū)的K點，但是價帶頂會隨著二硫化鉬層數(shù)減少而由Gamma點移動至K點[13]。也就是說多層二硫化鉬是間接帶隙結構，晶體態(tài)的間接帶隙寬度約為1.29eV，隨著層數(shù)的減少，間接帶隙逐漸增大，但是激子在K點上的直接躍遷能幾乎不變；單層二硫化鉬是直接帶隙結構，帶隙為1.8eV。二硫化鉬擁有優(yōu)異的光學性質，隨著二硫化鉬納米層層數(shù)減少，光致發(fā)光越強，單層二硫化鉬是直接帶隙結構，他的發(fā)光效率最強[14]，同時也是制備光電器件的理想材料。和體態(tài)結構相比，單層二硫化鉬結構的PL量子產(chǎn)量極高[2]，介電常數(shù)更低，激子結合能更高[15]，單層二硫化鉬在熒光探測器、光電晶體管等光學器件上的應用極廣，后續(xù)我們將舉例說明。圖1.3單層、兩層、和晶體態(tài)（多層）二硫化鉬能帶結構1.場效應晶體管早在2017年，Ayari團隊利用8-40nm大小的二硫化鉬納米片制作出第一只場效應器件[16]，在零柵壓和常溫下，測得該二硫化鉬納米片的平面電阻率約為0.3-4Ω，電子遷移率在10-50211范圍內(nèi)，器件的電流開關比更是高達105。2011年，B.Radisavljevic團隊

【參考文獻】：
博士論文
[1]石墨烯納米結構中輸運性質的研究[D]. 王晶.中國科學技術大學 2014



本文編號：2946376