應力和摻雜條件下WSe2性能的研究.pdf

1、近年來，過渡金屬硫族化合物因具有與石墨烯類似的層狀結構且屬于天然的半導體材料而受到半導體材料與器件領域學者的重視，成為相關領域的研究熱點之一。本文基于密度泛函的第一性原理，重點針對過渡金屬硫族化合物中的杰出代表WSe2進行研究。計算了WSe2在外應力、不同摻雜以及和其它材料固溶條件下的穩(wěn)定性和光電性質，所得結論如下：
　　1.外應力對WSe2的晶體結構、電子結構和光學性質具有十分重要的影響。研究發(fā)現：在外應力作用下WSe2的體積、

2、晶格常數a和c都隨外應力的增加而減小，計算對比說明WSe2沿c柱方向更容易被壓縮。隨著外應力的增加該物質的禁帶寬度逐漸減小，最終在35GPa時由半導體轉變成了金屬。當外應力由0GPa增加到60GPa時，WSe2的靜態(tài)折射率由原來的3.8增加到了4.5，靜態(tài)消光系數始終為零，靜態(tài)介電函數的實部由14.5增加到了20，虛部始終為零。由WSe2的吸收譜我們發(fā)現從可見光到紫外光區(qū)WSe2都表現出很強的吸收能力，在外壓的作用下它的吸收能力進一步增

3、強并且吸收范圍向深紫外區(qū)移動。
　　2.由Mo、Se摻雜2H-WSe2體系(RMo-WSe2、IMo-WSe2和RS-WSe2)發(fā)現在三種摻雜體系中RMo-WSe2和RS-WSe2的c參數均變大了IMo-WSe2的c參數卻變小了，這是由于IMo-WSe2體系中Mo原子與鄰近的Se原子成鍵從而拉近了層間距。研究還發(fā)現在2H結構中，夾層摻雜體系的形成能最高體系穩(wěn)定性最差，雖然Mo與W原子差距很小但是摻雜方式的不同體系的穩(wěn)定性差距很大，

4、說明層間的范德瓦耳斯力不允許外來原子的侵入。對電子結構的研究我們發(fā)現，RMo-WSe2和RS-WSe2體系的帶隙都隨著雜質原子的介入變寬了，而只有IMo-WSe2體系的禁帶寬度減小到了0.071eV，有向金屬性轉變的趨勢。通過(110)面上總電荷密度圖的分析可知Mo原子與Se原子電子軌道雜化形成共價鍵，層內的部分電子局域到夾層中使得材料有從半導體向金屬轉變的趨勢。
　　3.我們用S原子和Se原子之間替換的方式，建立了固溶體模型WS

5、2(1-x)Se2x(x=1/3,1/2,2/3)。通過對材料的晶體結構的分析可知WS2(1-x)Se2x中Se作為溶質原子的加入WS2中后引起晶格的畸變程度較小，結構穩(wěn)定性較高，容易形成固溶度較大的連續(xù)固溶體WS2(1-x)Se2x(x=0~1)。通過對幾何結構優(yōu)化之后的晶體結構進行分析可知，隨著溶質原子Se組分比的提高，晶格常數a逐漸增大，導致晶胞體積也隨Se組分比的增加而增大。對鍵長的調查發(fā)現鍵長dW-S小于dW-Se，由夾層原子

6、間距可知：dS-S