摻雜MoS2電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、近年來，以石墨烯為代表的二維層狀材料因其奇特的材料特性已經(jīng)成為新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，MoS2作為一種天然的層狀半導(dǎo)體材料更是受到關(guān)注。本文以MoS2為研究對象，采用基于密度泛函理論的第一性原理，通過Materials Studio軟件，分別針對MoS2中的S、Mo位置的S摻雜、Mo摻雜、吸附摻雜、Cr原子層間摻雜MoS2-WSe2異質(zhì)結(jié)以及含有空位缺陷和復(fù)合缺陷MoS2的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，并具體分析了摻雜對MoS2晶體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性

2、、電子結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性質(zhì)的影響，完成的主要工作如下：
　　(1)通過對第V主族非金屬元素替位S原子摻雜單層MoS2，發(fā)現(xiàn)摻雜后體積的變化與原子半徑有關(guān)：一般情況下，摻雜原子半徑越大，所得摻雜體系的體積也就越大；計算結(jié)果顯示第V主族非金屬雜質(zhì)原子的引入均引入雜質(zhì)能級；通過計算形成能發(fā)現(xiàn)：N-MoS2系統(tǒng)的穩(wěn)定性最高；同時光學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了變化：與本征不同的是在1.3 eV-1.73 eV的紅外區(qū)域和1.86 eV-3.26 eV的近可見

3、光區(qū)域出現(xiàn)兩個之前沒有的介電虛部峰，由于介電函數(shù)的虛部與電導(dǎo)率成正比，因此說明在此區(qū)域電導(dǎo)率有所增強(qiáng)，吸收譜和反射譜都有所下降，說明摻雜后具有高透光率。
　　(2)通過對與Mo元素鄰近的Ta，W，Re原子進(jìn)行替換Mo原子摻雜單層MoS2的計算，發(fā)現(xiàn)W摻雜后性質(zhì)變化不大且最穩(wěn)定；三種摻雜原子均和周圍的S原子形成了共價鍵，分析是由于三種摻雜原子與S的電負(fù)性相差小于1.7eV引起的；介電函數(shù)與吸收光譜圖峰形整體向低能方向發(fā)生了紅移，而且

4、峰形發(fā)生了變化，峰值強(qiáng)度明顯減小，在近可見能量區(qū)域以及紫外區(qū)域?qū)獾耐高^率比本征時較高。接著計算了單層MoS2表面吸附Co，V原子的電學(xué)與磁性性質(zhì)，結(jié)果表明：在Mo原子上方的吸附位置是最穩(wěn)定的，且吸附后Co，V原子分別與S原子形成了共價鍵，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化；Co與V分別摻雜MoS2的磁矩為2.45μB和1.62μB，并且磁矩主要局域在雜質(zhì)原子與其最鄰近的S原子上；分析得到摻雜體系雜質(zhì)帶的引入主要是雜質(zhì)原子和S原子的相互作用形成的。

5、r>　　(3) Cr原子層間摻雜的MoS2-WSe2體系后，Cr原子與周圍鄰近的S和Se原子形成了共價鍵的關(guān)系，且Cr的摻入使體系變?yōu)榻饘?；對其光學(xué)性質(zhì)的影響：相比前面幾個系統(tǒng)，光學(xué)譜發(fā)生藍(lán)移，峰值也有所減??；雜質(zhì)Cr的加入雖然消弱了對紫外光的吸收，但增大了對紅外光和可見光的吸收強(qiáng)度。
　　(4)最后我們研究了空位缺陷以及Cr原子替位Mo原子摻雜和空位缺陷形成的復(fù)合缺陷對MoS2的影響，發(fā)現(xiàn)在這些缺陷附近發(fā)生了明顯的晶格畸變，帶隙