收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

二维过渡金属硫族化合物的表/界面及其范德华异质结光电性质的键弛豫理论研究

赵宜鹏  
【摘要】:二维(Two dimensional,2D)层状材料由于其新奇和独特的电子学和光学性质在光电器件如场效应管、晶体管、光伏设备等方面表现出广阔的应用前景,引起了人们的广泛关注。在2D材料家族中,层状过渡金属硫化物(Transition metal dichalcogenides,TMDCs)以其独特的晶体结构、广泛的化学成分和优异的物理和化学性质而成为基础研究和技术应用的热点。TMDCs是带隙在1~2.5 eV范围内的本征半导体,具有很强的光与物质相互作用,高的载流子迁移率以及自旋等特性,因此在光电器件领域有非常大的应用潜力。此外,2D层状材料的层间是由弱的范德华相互作用连接,且无表面悬挂键,有利于制作高质量的范德华同质结和异质结,而不受限于传统异质结的晶格匹配条件。2D层状材料的电子学性质可以通过层数、外界应力、掺杂、界面转动等进行有效的调控。随着尺寸的减小,表面原子所占的比例增加,高体表比和高配位缺陷的边界原子将导致体系自发弛豫,使得体系处于自平衡态,体系的能量、电荷等将重新分配。此外,在外界微扰的作用下,体系的晶格参数和能量也会发生变化,进而改变体系的电子学性质。虽然目前在2D体系电子学性质的实验和计算方面取得了一些进展,但存在着一些基本的问题有待阐明:如缺乏对层间耦合定量分析的理论模型;界面扭转与层间距和耦合强度及带隙与界面转角之间的关系不明确;TMDCs合金中的尺寸和组分对带隙调制以及2D范德华同质或异质结的光电性质调控的物理机制不清楚等等。基于上述这些问题,为了探索TMDCs的能带调控与外界微扰(包括应变、界面转动、掺杂、尺寸等因素)的关系,我们基于键弛豫理论方法,探索了 2D层状材料电子学性质调控的机理,从原子层次揭示了 TMDCs的能带与键参数之间的关系;研究了单轴应变对单层MoS2能带结构的调制,建立了键参数与单轴应变之间的关系,阐明了单轴拉伸应力对单层MoS2带隙的调制机理;其次,研究了MoS2/WSe2垂直堆垛范德华异质结界面处的能级排列以及光电性能与尺寸的关系,发现了实现最优化光电转换效率的条件;此外,发现了双层MoS2同质结的层间范德华耦合、层间距和带隙随界面转角的演变规律;提出了TMDCs的带隙与尺寸和组分的关系。具体的研究结果主要有:(1)建立了单轴拉伸应变下单层MoS2能带漂移的理论模型,探究了应力场对体系键参数(键长、键角等)以及带隙漂移的影响。发现在单轴拉伸应变下,单层MoS的带隙呈近似线性红移,红移率约为53.4 mV/%应变,并且呈现出各向同性,其调制机理可归因于键长、键角、键能的变化导致的晶体势的变化。(2)将细致平衡原理推广到纳米尺度,研究了 2D范德华异质结界面处的能级排列和光电性能,建立了光电转换效率与尺寸的关系。并且,定量分析了原子尺度下体系的光吸收与体系厚度的关系;提出了几何结构参数和体系本征性质对太阳能电池的光电性质的理论模型,发现了实现最优的光电转换效率的条件。研究结果表明单层MoS2/WSe2的光电转换效率可以高达1.70%,而且随着厚度的增加,由于光吸收的增加光电转换效率也会增加。(3)研究了双层MoS2同质结的层间距和层间范德华耦合强度随界面转角的变化,并结合键弛豫理论构建了体系能带漂移与界面转角的关系。发现层间距表现出明显的转角依赖性,而且体系的带隙从1.53eV(AB 堆垛)增加到1.68 eV(AA堆垛)。(4)分析了 2D-TMDCs合金中的能带漂移与尺寸和组分的关系,通过键参数的变化探究了能带调制的机理和弯曲因子的物理含义。发现2D-TMDCs合金的带隙随组分的变化趋势表现出明显的尺寸依赖性,并且由于合金组分的不同而呈现蓝移或红移。尺寸和组分都可以作为调节带隙的有效方法,为提高2D体系合金的性能提供了有效的理论依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 裴正莉;厂级领导班子的异质结构[J];中国兵工;1995年11期
2 张立纲;超晶格异质结构中的输运性质[J];物理学进展;1988年03期
3 汤寅生,江德生;异质结NIPI结构的光调制反射光谱[J];半导体学报;1988年02期
4 彭建良,王广厚;分子束外延生长多层异质结构的离子沟道研究[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1988年02期
5 郑有炓,张荣,胡立群,钟培新,莫水元,李学宁,顾红;Si/Ge异质结构的生长与特性[J];固体电子学研究与进展;1989年04期
6 周海平,郑厚植,杨富华,曾一平,苏爱民;GaAs/P型Al_xGa_(1-x)As异质结界面二维空穴的量子输运特性[J];半导体学报;1989年02期
7 丁永庆;;MOCVD生长HgCdTe/CdTe/GaAs多层异质结构材料工艺和特性研究通过鉴定[J];上海金属.有色分册;1989年02期
8 张瑞华;;高可靠平面型GaInAs/InP异质结构雪崩光电二极管[J];半导体情报;1989年01期
9 郑宜钧;硅基异质结构的研究[J];电子科技导报;1996年09期
10 丁国庆;半导体长波长异质结构材料光压谱测试探讨[J];光通信研究;1994年Z1期
11 周凡琪;闵宇霖;;GNR-TiO_2/g-C_3N_4异质结构的制备及其性能研究[J];上海电力学院学报;2016年04期
12 詹光明;浅谈乡镇企业领导班子“异质结构”[J];中国企业家;1994年04期
13 祝传刚;表面S钝化技术与金属/GaAs界面异质结构[J];青岛大学学报(自然科学版);2001年03期
14 张正仁;隆正文;袁玉群;;含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性[J];发光学报;2010年03期
15 张钦库;姚秉华;鲁盼;庞波;熊敏;;In_2TiO_5/In_2O_3异质结构的制备及光催化性能[J];高等学校化学学报;2015年09期
16 贺梦冬;龚志强;;多层异质结构中的声学声子输运[J];物理学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 党文辉;李辉;王璞;彭海琳;刘忠范;;拓扑绝缘体和石墨烯纳米异质结构的合成与物性研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
2 刘全龙;赵春旺;邢永明;;硅锗异质结构界面失配位错应变场分析[A];第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2012年
3 谢欢欢;夏凯伦;朱振兴;白云祥;张莹莹;魏飞;;一维碳纳米管和二维纳米片异质结构的控制制备[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十六分会:纳米材料合成与组装[C];2016年
4 张闯;闫永丽;赵永生;姚建年;;一维有机异质结构的制备和发光性质调控[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
5 邓立儿;王永生;徐征;王东栋;张春秀;韩笑;;宽频带一维三元光子晶体异质结构全方向反射镜[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
6 张宇;王蕾;张薇;宋溪明;;四氯化四-β-(N-甲基咪唑-N-乙氧基)酞菁锌/TiO_2异质结构薄膜光生电荷行为研究[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年
7 薛飞;孟子晖;齐丰莲;王丰彦;薛敏;;二维胶体晶体异质结构[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会:纳米材料合成与组装[C];2014年
8 钟明亚;王爽;单桂晔;王国瑞;刘益春;;超声法制备ZnO/Au纳米异质结构及其光学性质的研究[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
9 王学文;;载流子调控异质结构光催化制氢材料研究[A];第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C];2013年
10 朱英彬;温辉辉;张宏业;刘战伟;;相移数字云纹法在Ge/Si异质结构界面的应用[A];北京力学会第二十四届学术年会会议论文集[C];2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 温晓莉;氧化物薄膜、异质结的多铁特性及光效应研究[D];西北工业大学;2017年
2 赵宜鹏;二维过渡金属硫族化合物的表/界面及其范德华异质结光电性质的键弛豫理论研究[D];湖南师范大学;2018年
3 王崇;基于水滑石的异质结构催化剂的制备及其能源催化性能研究[D];北京化工大学;2018年
4 丁宁;以ZnIn_2S_4及C_3N_4为主的异质结构光催化剂的构建与性质研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2018年
5 杜岩;层状金属复合材料中异质结构的形成及其对变形行为的影响[D];哈尔滨工业大学;2017年
6 朱晓娣;可见光响应n型半导体纳米结构构筑及光(电)催化性能研究[D];中国科学技术大学;2018年
7 Amina Zafar;二维过渡金属硫化合物的合成及光学表征[D];东南大学;2017年
8 赵奇一;硫族二维层状纳米材料及其异质结的光电特性的第一性原理研究[D];西北大学;2018年
9 全汝岱;高质量InAlGaN/GaN异质结材料及其器件研究[D];西安电子科技大学;2017年
10 贺格平;氧化铈及氧化锌纳米结构的可控制备与性能研究[D];西北工业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘宇腾;铋基光催化异质结制备与光催化性能研究[D];哈尔滨理工大学;2018年
2 董佳睿;异质结构腔中的多重PT对称性和不对称光学散射调控[D];东北师范大学;2018年
3 王凌云;BiCuSeO薄膜及其异质结的光诱导电压效应研究[D];河北大学;2018年
4 王肖肖;SiO_2@g-C_3N_4/BiOI异质结复合纳米纤维的制备及其光催化性能的研究[D];东北师范大学;2018年
5 危阳;石墨烯基异质结的界面结合作用及其对能带结构的调控[D];湖北工业大学;2018年
6 田琪;氮化碳基异质结的制备及其光催化性能研究[D];东华大学;2018年
7 王璧莹;两种硫化镉纳米棒异质结构的制备与光催化产氢性能研究[D];华南理工大学;2018年
8 张茂彩;银基固溶体异质结的制备与性能研究[D];内蒙古大学;2018年
9 许辉;宽光谱响应卤氧化铋类光催化材料的制备及其性能研究[D];华侨大学;2018年
10 杨琛;贵金属及其氧化物与二氧化钛异质结的界面结构和性质的理论研究[D];昆明理工大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 高宏适;多相钢异质结构特性的控制原理[N];世界金属导报;2016年
2 全荣;利用超微细异质结构组织开发高强度、高延性和高韧性钢板[N];世界金属导报;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978