MoS2的拉曼光谱计算

论文总字数：16657字

摘 要

过渡金属双卤族半导体二硫化钼因其优越的热稳定性和化学稳定性，以及独特的电学、光学、催化性能以及对干式润滑的重要性引起了人们很高的研究热情。作为类石墨烯结构的单层过渡金属二维层状化合物，二硫化钼有着优越的光学和电学性能，如基于单分子层的场效应晶体管(FETs)具有高达200的场效应迁移率和的开关电流比；理论上，晶体管可以有更大的开关电流比(gt;)和理想的阈下摆动(60 mV )，并且二硫化钼晶体管可以免疫短沟道效应(漏致势垒降低效应-10 mV)。二硫化钼的在电学及光学方面的优越性能，使得在低功率光电应用领域，超薄二维层状材料有着很高的吸引力；同时，这些性能使其在代替石墨烯及六方氮化硼上有着广泛的应用前景；此外，这些性能也使得二硫化钼在晶体制造和电子探针等方面有着不错的潜力。在各种超薄基器件迅速发展的同时，如何表征原子厚度的薄片的独特性能以及如何简单有效地鉴别二硫化钼的层数成为了一个问题。拉曼光谱是一种强大的光学工具，能够无损表征二硫化钼的性质，因此，对于不同的二硫化钼晶体结构，可以使用拉曼光谱法来研究和表征其性能。关于不同层数二硫化钼的拉曼光谱测量已经由许多试验给出，本课题主要通过半量子力学计算MoS2的非共振的拉曼谱，并研究二硫化钼这种二维材料的层数对拉曼位移的影响。

关键词：二硫化钼；拉曼光谱；第一性原理计算

Abstract

Molybdenum disulfide, a transition metal dihalide semiconductor, is of great interest due to its excellent thermal and chemical stability, as well as its unique electrical, optical and catalytic properties, and its importance for dry lubrication. As a graphene-like monolayer transition metal compound, molybdenum disulfide has excellent optical and electrical properties. For example, the field effect transistor (FETs) based on monolayer has a field effect mobility of up to 200 and a switching current ratio of . Theoretically, the transistor can have greater switching current ratio (gt;) and ideal subthreshold oscillation (60 mV ) and immune to short channel effects (leakage barrier reduction effect -10 mV). These superior optical and electronic properties make the ultra-thin MoS2 attractive for low-power optoelectronic applications. At the same time, these properties make it have a wide application prospect in replacing graphene and boron nitride. In addition, these properties also make molybdenum disulfide has a good potential in crystal manufacturing and electron probe. With the rapid development of various ultra-thin devices, higher requirements have been put forward for the unique performance characterization and simple identification methods of atom-thick chips. Raman spectroscopy is a powerful nondestructive characterization tool and has been used to study the different crystal structures of . Raman spectroscopy measurement of molybdenum disulfide with different layers has been given by many experiments. This subject mainly calculates the non-resonant Raman spectrum of through semi-quantum mechanics, and studies the influence of the layers of molybdenum disulfide, a two-dimensional material, on the Raman displacement.

KEY WORDS : molybdenum disulfide; Raman spectrum; First principles calculation

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………………………………………….. I

Abstract ……………………………………………………………………………………………………………………. I

第一章 绪论…………………………………………………………………………………………………………….. 1

1.1 引言 ……………………………………………………………………………………………………………1

1.2 二硫化钼的研究现状 …………………………………………………………………………………5

第二章 密度泛函理论 ………….………………………………………………………………………………….6

第三章 计算结果及分析 ………………………………………………………………………………………….7

参考文献 ……………………………………………………………………………………………………………………14

致谢 ……………………………………………………………………………………………………………………………15

第一章 绪论

1.1引言

二维层状结构的材料，例如石墨烯和类石墨烯的二硫化钼，都可以使用原子晶体的概念来描述。二维原子晶体的概念首次提出是在2005年， A.K. Geim 和 K.S. Novoselov为了研究方便，所以使用这个概念来描述各类二维的层状结构材料。二维原子晶体是指各种单原子层及少数原子层的二维层状结构的材料，这些层状材料层内原子间主要通过共价键相结合，原子间的作用力较强；而层间相互作用主要为范德瓦尔斯力，范德瓦尔斯力相较于共价键要弱上许多。如果这些层状材料不同层间仍存在着耦合时，那么这些体系是准二维的体系。块状的材料是由层状材料通过层间弱范德瓦耳斯力相连系而成，是许多石墨烯和类石墨烯材料（如二硫化钼）材料的共同特征。这类材料层内是由共价键相结合，因此层内作用力强于层间作用力。石墨烯及类石墨烯材料都为无机材料，具有各向异性的特。

在电子器件、光伏器件、能量存储、传感等方面，过渡金属的二维硫化物都有着巨大的应用潜力。单层二硫化钼是带隙宽度为1.9eV的直接带隙半导体，属于过渡金属硫化物类的材料。使用单层二硫化钼制作的门电极具有极强的可控性，二硫化钼材料的载流子迁移率相比于其他材料也更高，此外，它的电流开关比更大，待机能耗也更低，这些优越的性能使得二硫化钼广泛应用于电子器件的制作，而且有望取代硅成为新的电路基础材料。利用机械剥离法制备的单层二硫化钼可用于光电探测器的制作，而且该类探测器的性能更加优良，在未来，多功能的光电器件能否利用单层的二维半导体材料来制作，是层状类石墨烯材料引领的新的方向。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16657字