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Barreras Schottky controlables por deformación y campo eléctrico y tipos de contacto en grafeno-MoTe2 heteroestructura de van der Waals

Resumen

Los dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales (2D) con superficies intrínsecamente pasivadas son candidatos prometedores para dispositivos optoelectrónicos ultrafinos cuyo rendimiento se ve fuertemente afectado por el contacto con los electrodos metálicos. Aquí, los cálculos del primer principio se utilizan para construir e investigar las propiedades electrónicas e interfaciales de 2D MoTe 2 en contacto con un electrodo de grafeno aprovechándolos al máximo. Los resultados obtenidos revelan que las propiedades electrónicas del grafeno y MoTe 2 Las capas están bien conservadas en heteroestructuras debido a la débil interacción entre capas de van der Waals, y el nivel de Fermi se mueve hacia el mínimo de la banda de conducción de MoTe 2 capa formando así una n escriba contacto Schottky en la interfaz. Más interesante aún, la altura de la barrera de Schottky y los tipos de contacto en el grafeno-MoTe 2 La heteroestructura se puede sintonizar eficazmente mediante la tensión biaxial y el campo eléctrico externo, que puede transformar la heteroestructura de una n escriba el contacto de Schottky a una p escriba uno o al contacto óhmico. Este trabajo proporciona una mirada más profunda para ajustar los tipos de contacto y las estrategias efectivas para diseñar MoTe 2 de alto rendimiento nanodispositivos electrónicos Schottky basados ​​en.

Introducción

Los cristales en capas bidimensionales (2D) han atraído un interés creciente debido a sus nuevas propiedades físicas y aplicaciones potenciales en varios campos desde el descubrimiento del grafeno [1]. Se han descubierto características y rendimiento no convencionales, como el efecto Hall cuántico medio entero [2], el efecto túnel de Klein [3] y la superconductividad [4], en varios materiales 2D. Para el grafeno, sin embargo, la estructura de banda de tipo cono de Dirac sin una banda prohibida cerca del nivel de Fermi dificulta sus aplicaciones directas en transistores. Esto ha estimulado la búsqueda de materiales alternativos de otros materiales 2D [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14] con propiedades versátiles, entre las cuales los dicalcogenuros de metales de transición en capas (TMD) han ganado una gran atención. . Los espacios de banda de los TMD se pueden ajustar desde aproximadamente 0,8 eV a 2,0 eV y son comparables con los de los semiconductores convencionales, lo que permite que los TMD sean candidatos especialmente buenos para aplicaciones optoelectrónicas. Al ser similares al grafito, la mayoría de los TMD son materiales de estructura en capas con interacción de van der Waals (vdW) entre capas, por lo que pueden exfoliarse en pocas capas o en una sola capa [15, 16]. Se encuentra que los TMD tienen características dependientes del espesor y sufrirían una transición de banda prohibida indirecta-directa [16, 17] cuando se cambian de volumen a pocas capas o monocapa. Los TMD monocapa tienen varias estructuras, como las fases H y las fases T (o fases T ′), mientras que las fases H generalmente exhiben características semiconductoras.

Como miembro de TMD, Bulk MoTe 2 incluye tres fases interesantes:fase hexagonal (2H, semiconductora) [18], fase monoclínica (1 T ′, metálica) [19] y octaédrica (T d , semimetal de Weyl tipo II) fase [20, 21], en la que la fase 2H es la más estable. MoTe 2 de fase 2H tiene una banda prohibida indirecta de aproximadamente 1.0 eV para volumen y una banda prohibida directa de aproximadamente 1.1 eV para monocapa [22, 23], lo que indica que la banda prohibida es casi independiente del número de capas y se puede aplicar para cerca -fotodetectores infrarrojos. Para mayor comodidad, en el siguiente texto, 2H-MoTe 2 se refiere simplemente como MoTe 2 . En comparación con otros TMD, MoTe 2 tiene muchas ventajas, por ejemplo, la conductividad es menor [24], el coeficiente de Seebeck es mayor [24] y las capacidades de detección son mejores [18, 25]. Combinando las ventajas de MoTe 2 y grafeno, fabricando un tipo de heteroestructura mediante grafeno y MoTe 2 para aplicaciones de dispositivos. En realidad, recientemente las heteroestructuras verticales basadas en materiales de estructura en capas 2D han atraído un interés creciente [26,27,28,29,30,31,32,33] debido a la ausencia de enlaces colgantes en las superficies de componentes aislados y débiles Fijación a nivel femenino. Para las heteroestructuras verticales basadas en grafeno-TMD, los experimentos han confirmado su excelente relación de encendido y apagado, alta foto-respuesta, baja corriente de oscuridad y buena eficiencia cuántica [34,35,36,37,38], en comparación con los TMD simples -Tipos basados ​​en. Aunque la mayoría de las heteroestructuras verticales basadas en grafeno-TMD informadas se construyen con otros TMD, como MoS 2 , algunos experimentos han investigado el grafeno-MoTe 2 heteroestructura [39,40,41,42,43] debido a las propiedades ópticas y electrónicas únicas de MoTe 2 . Se informó [39] que la relación de activación-desactivación del grafeno-MoTe 2 la heteroestructura vertical es tan alta como ~ (0.5 - 1) × 10 −5 y la capacidad de respuesta de la foto puede alcanzar los 20 mAW −1 , que son comparables a los valores correspondientes de grafeno-MoS 2 dispositivo. Posteriormente, basado en grafeno-MoTe 2 -Heteroestructura vertical vdW de grafeno, se fabricó un fotodetector de infrarrojo cercano [40, 42] con un rendimiento superior, que incluye alta fotorreactividad, alta eficiencia cuántica externa, procesos de respuesta y recuperación rápidos, y libre de una fuente de alimentación externa de drenaje en comparación con otros fotodetectores de semiconductores en capas. Luego, un grafeno-MoTe 2 Se informó sobre un transistor vertical vdW que presenta características ambipolares en forma de V adecuadas [41]. Por lo tanto, el grafeno-MoTe 2 Las heteroestructuras son candidatos prometedores para nanodispositivos optoelectrónicos con alta capacidad de respuesta, alta velocidad y flexibilidad. En este sentido, es fundamental realizar una investigación teórica sobre grafeno-MoTe 2 heteroestructura vertical que aún no se ha informado.

Para la heteroestructura metal-semiconductora, se debe considerar el tipo de contacto (contacto Schottky o contacto óhmico), ya que determina la existencia de características rectificadoras o no para la heteroestructura. Para el contacto de Schottky, la altura de la barrera de Schottky (SBH) jugaría un papel clave en los comportamientos de los dispositivos correspondientes [44] y se ha investigado intensamente. Para lograr un alto rendimiento para aplicaciones de dispositivos reales, sería deseable que SBH se pueda sintonizar. Se han propuesto muchas estrategias para modular el SBH, entre las cuales la aplicación de un campo eléctrico externo y la deformación biaxial son las formas más comunes.

En este artículo, basado en los cálculos de los primeros principios, la estructura electrónica y el campo electrónico externo y la dependencia de la tensión del SBH del grafeno-MoTe 2 Se ha investigado la heteroestructura. Los resultados calculados demuestran que las propiedades electrónicas del grafeno y MoTe 2 Las monocapa se conservan bastante bien después de ser apiladas verticalmente como una heteroestructura. La barrera de Schottky de la heteroestructura se puede cambiar entre p tipo y n escriba aplicando un campo eléctrico externo o tensión, y la heteroestructura puede incluso alcanzar el contacto óhmico cuando el campo eléctrico externo o tensión es lo suficientemente fuerte.

Métodos computacionales

Los cálculos del primer principio se han llevado a cabo utilizando el Paquete de Simulación Ab-initio de Viena (VASP) [45,46,47] basado en la teoría funcional de la densidad (DFT). Los pseudopotenciales de onda aumentada del proyector (PAW) [48] se aplicaron al modelo de interacción ion-electrón y se utilizó la aproximación de gradiente generalizado (GGA) de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) [49] para tratar la correlación de intercambio de electrones. Para todos los cálculos, se emplea el método DFT-D2 [50] de Grimme que representa el término de interacción vdW y la energía de corte de onda plana se establece en 600 eV. El umbral de convergencia se establece en 10 −6 eV para energía y 0.01 eV / Å para fuerza. La zona de Brillouin k -La malla de puntos se establece como 9 × 9 × 1 dentro del esquema Monkhost-Pack. Un espacio de vacío de 25 Å a lo largo de la z Se adopta una dirección para evitar la interacción entre las capas vecinas. Como se reveló que el efecto de acoplamiento espín-órbita sobre las estructuras de bandas de 2H-MoTe 2 es muy débil [51], todos los cálculos no consideran el acoplamiento espín-órbita.

El grafeno-MoTe 2 La heteroestructura está construida por grafeno y MoTe 2 monocapa mediante el apilado de los dos materiales 2D a lo largo de la dirección vertical. Tanto el grafeno como el MoTe 2 adoptan la red hexagonal y sus parámetros de red son 2,46 Å [52] y 3,52 Å [53], respectivamente. Por lo tanto, el desajuste de la red es menor que el criterio anterior del 5%. Según las estructuras del grafeno y MoTe 2 monocapa, aquí, se consideran tres modos de apilamiento típicos:HS-1, HS-2 y HS-3, que se muestran en la Fig. 1. Para el modo de apilamiento HS-1, un átomo de Te solo se ubica debajo del sitio hueco del celosía de grafeno; para HS-2, un átomo de Te se encuentra debajo de un sitio de átomo de C de la red de grafeno; para HS-3, un átomo de Te se encuentra debajo de otro sitio de átomo de C no equivalente de la red de grafeno.

Vista superior y vista lateral de tres modos de apilamiento típicos para el grafeno-MoTe 2 heteroestructura:( a ) HS-1, ( b ) HS-2, ( c ) HS-3. Las bolas grises, rosadas y verdes representan los átomos de carbono, molibdeno y telurio, respectivamente

Cuando se investiga la dependencia de la tensión del SBH, la tensión se aplica por igual a lo largo de las direcciones en zigzag y en el sillón del grafeno, respectivamente.

Resultados y discusión

Las estructuras cristalinas de celosía para MoTe 2 monocapa y tres modos de apilamiento típicos (HS-1, HS-2 y HS-3) del grafeno-MoTe 2 La heteroestructura se ha optimizado completamente. Las energías de enlace obtenidas de los tres modos de apilamiento típicos son casi iguales, es decir, −0,85 eV, mientras que las distancias entre capas de equilibrio de los tres modos son aproximadamente iguales a 3,53 Å. Por lo tanto, nos enfocamos únicamente en HS-1 graphene-MoTe 2 heteroestructura para la siguiente discusión y omitir "HS-1" por simplicidad en el siguiente texto. Las estructuras geométricas optimizadas de MoTe 2 monocapa y grafeno-MoTe 2 La heteroestructura se muestra en la Fig. 2. Obviamente, MoTe 2 La monocapa adopta la red hexagonal y la constante de red optimizada es 3,52 Å, lo que es coherente con los resultados del experimento [53, 54]. Se puede ver claramente en la estructura de bandas de MoTe 2 monocapa, como se muestra en la Fig.3, que MoTe 2 La monocapa es un semiconductor con una banda prohibida de 1,14 eV, lo que también es coherente con los resultados del experimento [22, 23]. Cuando el grafeno y MoTe 2 monocapa se apilan verticalmente como una heteroestructura, la distancia entre capas de equilibrio es 3,53 Å, que es comparable al valor de Sb-MoTe 2 heteroestructura (aproximadamente 3,94 Å) [55]. También se puede ver en la Fig.2 que las estructuras geométricas del MoTe 2 capa y capa de grafeno en el grafeno-MoTe 2 La heteroestructura casi sigue siendo la misma que las estructuras originales de MoTe 2 monocapa y grafeno, lo que indica que la interacción entre estas dos capas es débil. La energía de enlace de las estructuras de equilibrio −0,85 eV es menor que la del Sb-MoTe 2 heteroestructura (aproximadamente −0,37 eV) [55], por lo que la heteroestructura es energéticamente estable. Tanto la distancia de equilibrio entre dos capas como la energía de enlace son comparables a las de las heteroestructuras típicas de vdW basadas en grafeno, como el carburo de fósforo hidrogenado con grafeno [56], el grafeno-AsSb [29], el grafeno-SMoSe y el grafeno-SeMoS [30]. y grafeno-fosforeno [57], lo que indica que la interacción entre MoTe 2 y el grafeno es de tipo vdW débil.

Vista superior y vista lateral de las estructuras optimizadas de ( a ) MoTe 2 monocapa y ( b ) grafeno-MoTe 2 heteroestructura. Las bolas grises, rosadas y verdes representan los átomos de carbono, molibdeno y telurio, respectivamente. Los paralelogramos azules denotan las celdas unitarias 2D

Estructura de banda electrónica de MoTe 2 monocapa. La región azul claro representa la banda prohibida entre las bandas de valencia y conducción

En realidad, la redistribución y transferencia de carga ocurriría inevitablemente cuando el grafeno y MoTe 2 las monocapa se apilan para formar la heteroestructura. La diferencia de densidad de carga 3D en el grafeno-MoTe 2 heteroestructura definida como Δ ρ = ρ H - ρ G - ρ MT se ha calculado, donde ρ H , ρ G y ρ MT son las densidades de carga de la heteroestructura, el grafeno aislado y MoTe 2 monocapa, respectivamente. El resultado se muestra en la Fig. 4a, en la que las regiones azul y rosa oscuro representan la acumulación y el agotamiento de la carga, respectivamente. Obviamente, la región azul está justo debajo del MoTe 2 capa, que indica que los electrones se acumulan alrededor del MoTe 2 capa; mientras que la capa de grafeno está rodeada por el área de color rosa oscuro, lo que implica que los agujeros se acumulan alrededor de la capa de grafeno. Para ver la propiedad de la transferencia de carga con mayor claridad, el promedio planar 〈∆ ρ 〉, Que se define como el valor medio de la diferencia de densidad de carga 3D Δ ρ en planos con z =const. que son paralelos a la capa de grafeno, se muestra como una línea azul en la Fig. 4a, donde los valores negativos y positivos representan el agotamiento y la acumulación de electrones, respectivamente. El resultado verifica que algunos electrones se transfieren de la capa de grafeno a MoTe 2 capa, y hay oscilaciones en 〈 ∆ρ 〉 Tanto en el grafeno como en el MoTe 2 capa. La función de localización de electrones (ELF) también se representa en la Fig.4b, a partir de la cual se puede ver que la forma de ELF alrededor del átomo de Te cerca de la capa de grafeno es obviamente diferente a la del átomo de Te del otro lado, lo que sugiere la existencia de interacción entre capas vdW en la heteroestructura.

un La diferencia de densidad de carga 3D y la diferencia de densidad de carga promedio (línea azul) en función de la posición en el grafeno-MoTe 2 heteroestructura a lo largo de la z dirección, donde las regiones azul y rosa oscuro denotan la acumulación y deficiencia de los electrones, respectivamente. La línea discontinua horizontal marca la ubicación central entre la capa de grafeno y MoTe 2 capa. b Función de localización de electrones del grafeno-MoTe 2 heteroestructura con el isovalor de 0,7

Muchas propiedades físicas están determinadas por las estructuras de bandas y la densidad de estados (DOS), y las estructuras de bandas calculadas y DOS del grafeno-MoTe 2 La heteroestructura se muestra en la Fig. 5, donde el nivel de Fermi se establece en cero. El cono de Dirac de la capa de grafeno alrededor del nivel de Fermi todavía está bien conservado; sin embargo, se abre una banda prohibida de aproximadamente 10,6 meV. Es decir, hay un acoplamiento entre capas pequeño pero notable en la heteroestructura. Las bandas aportadas por el MoTe 2 capa demuestran que las características de semiconductores de MoTe 2 capa con una banda prohibida directa se retienen. La banda prohibida de MoTe 2 La capa es de 0,85 eV en la heteroestructura, que cambia en comparación con el resultado de 1,14 eV para el MoTe 2 aislado monocapa. Una característica sorprendente de la Fig. 5 es que la estructura de bandas se puede considerar como la simple suma de las bandas de capas aisladas. No es sorprendente que la interacción entre la capa de grafeno y el MoTe 2 La capa es insuficiente para modificar las características de la estructura de la banda de cada componente en la heteroestructura, por lo que el efecto de interacción entre capas sobre la estructura de la banda es muy débil. Esto indica además que la interacción vdW domina entre MoTe 2 capa y capa de grafeno en la heteroestructura, y así preservando las propiedades clave intrínsecas.

Estructuras de bandas y densidad parcial de estados de la capa de grafeno y MoTe 2 capa en el grafeno-MoTe 2 heteroestructura

Las propiedades de contacto de las heteroestructuras son importantes para las aplicaciones de dispositivos. Un grafeno-MoTe 2 Se ha diseñado un transistor basado en heterouniones, y el diagrama esquemático se muestra en la Fig. 6a, donde el MoTe 2 La monocapa se utiliza como material del canal y el grafeno como electrodos de fuente o de drenaje y de puerta. Debido a la diferencia en las funciones de trabajo del metal y el semiconductor, hay una flexión de banda en la interfaz, que puede estimarse mediante la diferencia de nivel de Fermi (Δ E F ), definido por Δ E F = W G - MT - W MT , donde W G - MT y W MT son las funciones de trabajo de las heteroestructuras y el correspondiente MoTe 2 monocapa, respectivamente. El W calculado G - MT y W MT son 4,36 eV y 4,84 eV, respectivamente, como se muestra en la Fig. 6b. Los resultados concuerdan con los valores experimentales [39]. En consecuencia, la flexión de la banda (Δ E F ) es de aproximadamente 0,48 eV en la heteroestructura, que es comparable al resultado de la heteroestructura de carburo de fósforo hidrogenado con grafeno [56].

un El diagrama esquemático de un grafeno-MoTe 2 transistor basado en heteroestructura. b Alineación de bandas de grafeno-MoTe 2 heteroestructura con respecto al nivel de vacío, donde el cono rojo representa la posición del punto de Dirac de la capa de grafeno en la heteroestructura. CBM y VBM representan el mínimo de la banda de conducción y el máximo de la banda de valencia, respectivamente. W G-MT y W MT son las funciones de trabajo del grafeno-MoTe 2 heteroestructura y MoTe 2 monocapa, respectivamente

Una de las propiedades de contacto más importantes de las heteroestructuras de metal-semiconductor es la barrera de Schottky en la interfaz vertical (entre la capa de grafeno y el MoTe 2 capa), que determina el flujo de corriente a través de la interfaz de heteroestructuras, desempeñando así un papel importante en el rendimiento del dispositivo correspondiente. En general, según los tipos de semiconductores en heteroestructuras, SBH se divide en n tipo y p tipo, respectivamente. El n escriba SBH ( Φ Bn ) se define como la diferencia de energía entre la banda de conducción mínima (CBM) del semiconductor ( E C ) y el nivel de Fermi del metal ( E F ), es decir, Φ Bn = E C - E F . La p escriba SBH ( Φ Bp ) se define como la diferencia de energía entre el nivel de Fermi del metal y el máximo de la banda de valencia (VBM) del semiconductor ( E V ), es decir, Φ Bp = E F - E V . Los resultados de SBH del grafeno-MoTe 2 La heteroestructura se muestra en la Fig. 6b. Debido a la transferencia de carga, el nivel de Fermi se mueve desde el lado de la banda de valencia del MoTe 2 monocapa al lado de la banda de conducción de MoTe 2 capa en la heteroestructura, que denota que el SBH de la heteroestructura es n escriba con un valor de aproximadamente 0,33 eV en la interfaz. Es decir, la conducción de carga de la heteroestructura será principalmente a través de electrones.

Para mejorar el rendimiento de los transistores basados ​​en heteroestructura, sería deseable sintonizar el SBH. Está demostrado que el SBH se puede sintonizar aplicando un campo eléctrico externo y deformación en el plano [29, 30, 58]. Se han realizado una serie de cálculos para la estructura de bandas de la heteroestructura bajo diferentes campos eléctricos externos, y los resultados se muestran en la Fig.7, donde la dirección de los puntos del campo eléctrico externo positivo del MoTe 2 capa a la capa de grafeno, mientras que el valor negativo está en la dirección opuesta. En la región de contacto de Schottky, Φ Bn exhibe una relación lineal aproximadamente ascendente con el campo eléctrico, mientras que Φ Bp se comporta a la inversa. Estos resultados sugieren que los campos eléctricos positivos y negativos permiten que el nivel de Fermi cambie hacia el VBM y CBM del MoTe 2 capa en la heteroestructura, respectivamente. Bajo el campo eléctrico negativo, Φ Bn es más pequeño que Φ Bp todo el tiempo, lo que indica que la barrera de Schottky es n escribe. Cuando el campo eléctrico positivo es un poco mayor que cero, Φ Bn comienza a ser mayor que Φ Bp , lo que significa que la barrera de Schottky se cambia de n escriba a p escriba en el grafeno-MoTe 2 interfaz. Es obvio que la banda prohibida (aproximadamente igual a la suma de Φ Bn y Φ Bp ) del MoTe 2 La capa casi permanece constante bajo el campo eléctrico externo, lo que denota que el campo externo tiene poco efecto sobre las propiedades electrónicas prístinas. Esto se puede entender de la siguiente manera:aunque el campo eléctrico externo puede cambiar los valores propios de energía del electrón de valencia, como CBM y VBM, sus valores relativos no cambian, lo que hace que la banda prohibida permanezca constante. En otras palabras, el campo eléctrico externo no podría cambiar la estructura de la banda excepto la flexión de la banda. También se puede ver claramente en la Fig.7 que el SBH se vuelve negativo cuando el campo eléctrico positivo es mayor que 1.0 V / nm, lo que significa que los electrones del grafeno se inyectarían en MoTe 2 sin ninguna barrera, lo que indica que MoTe 2 posee una conductividad metálica y, por lo tanto, realiza una transición de contacto de Schottky a Óhmico. Para el campo eléctrico negativo cuando la intensidad excede 1.0 V / nm, la heteroestructura también podría sintonizarse con el contacto óhmico. Todos estos resultados demuestran que la aplicación de un campo eléctrico externo es una estrategia eficaz para modular el SBH y el tipo de contacto para el grafeno-MoTe 2 heteroestructura.

La altura de la barrera de Schottky del grafeno-MoTe 2 heteroestructura en función del campo eléctrico externo. Las áreas azul y roja indican el contacto de Schottky como p tipo y n tipo, respectivamente. El área gris marca la región de contacto óhmico

También se calcula el SBH en función de la deformación biaxial en el plano y los resultados se muestran en la Fig. 8. Para aplicar la deformación biaxial, la z Las coordenadas de los átomos de Te se relajan, mientras que las posiciones de otros átomos permanecen fijas después de cambiar el tamaño de la celda unitaria. Se muestra que la tensión también puede sintonizar el SBH de la heteroestructura entre n tipo y p escriba e impulse la heteroestructura para acercarse al contacto óhmico. Los comportamientos de dependencia de la deformación de SBH son muy diferentes a los de la dependencia del campo eléctrico. La situación se vuelve mucho más compleja. Para una amplia gama de deformaciones, Φ Bn es más pequeño que Φ Bp , mientras que solo en un rango de deformación por tracción estrecho Φ Bp mantiene más pequeño que Φ Bn . Es decir, el rango de deformación de n -tipo SBH (la deformación es de aproximadamente −10 ~ 4%) es mucho más ancho que el de p tipo (alrededor del 4 ~ 7%). Cuando la deformación por tracción alcanza el 7% y la deformación por compresión alcanza el 10%, también aparece el contacto óhmico para la heteroestructura. Vale la pena señalar que la banda prohibida del MoTe 2 La capa en la heteroestructura cambiaría fuertemente con la variación de la deformación en la región de contacto de Schottky, que es fuertemente diferente con los resultados del caso del campo eléctrico. Cuando las celosías están bajo tensión, se desviarían del estado de equilibrio, provocando así el cambio de la estructura de la banda. De hecho, no solo el valor de la banda prohibida, sino también el tipo de banda prohibida (directa o indirecta) cambiaría según la cepa. Para tensiones pequeñas, MoTe 2 La capa sigue siendo una banda prohibida directa mientras que cambia a banda prohibida indirecta para una gran deformación. Aquí, debe señalarse que para un transistor real, las condiciones reales para realizar la transición de contacto de Schottky a Óhmico pueden ser algo diferentes con los resultados calculados debido a las situaciones reales.

La altura de la barrera de Schottky del grafeno-MoTe 2 heteroestructura en función de la deformación. Las áreas azul y roja indican el contacto de Schottky como p tipo y n tipo, respectivamente. El área gris marca la región de contacto óhmico

Los resultados anteriores sugieren que tanto la aplicación de un campo eléctrico externo como la tensión biaxial en el plano son métodos efectivos para controlar el SBH y el tipo de contacto del grafeno-MoTe 2 heteroestructura, que es indispensable para diseñar transistores de efecto de campo basados ​​en heteroestructura 2D vdW. Además, el grafeno-MoTe 2 La heteroestructura se puede aplicar para diodos Schottky sintonizables en dispositivos nanoelectrónicos y optoelectrónicos.

Conclusiones

En resumen, las estructuras de bandas del grafeno-MoTe 2 La heteroestructura bajo diferentes campos eléctricos y deformaciones biaxiales se ha investigado sistemáticamente sobre la base de cálculos del primer principio. Las estructuras electrónicas del grafeno y MoTe 2 se conservan bien después de apilarse a lo largo de la dirección vertical, lo que sugiere que la interacción entre capas de la heteroestructura pertenece al tipo vdW. Sin embargo, el nivel de Fermi se mueve hacia CBM del MoTe 2 capa después de la formación de la heteroestructura, es decir, los contactos de Schottky son n tipo con 0.33 eV SBH. El SBH y el tipo de contactos en la interfaz de la heteroestructura se pueden modular eficazmente aplicando un campo eléctrico externo o tensión. Cuando se aplica un campo eléctrico, en la región de contacto de Schottky, el n tipo SBH exhibe una relación lineal aproximadamente ascendente con el campo eléctrico, y p el tipo SBH se comporta a la inversa. La heteroestructura se puede ajustar al contacto óhmico para un campo eléctrico que sea mayor que 1.0 V / nm tanto en el lado positivo como en el negativo. Para el caso de aplicar deformación biaxial, la situación es más compleja que el caso del campo eléctrico. El rango de deformación de n el tipo SBH es mucho más ancho que el de p escribe. Cuando la deformación por tracción alcanza el 7% o la deformación por compresión alcanza el 10%, también aparece el contacto óhmico. Todos los resultados demuestran que la aplicación de un campo eléctrico o tensión es una buena forma de controlar el SBH, así como el tipo de contacto de la heteroestructura, incluso para llevar el sistema al contacto óhmico. Estas características son bastante importantes para diseñar dispositivos nanoelectrónicos y optoelectrónicos de alto rendimiento.

Disponibilidad de datos y materiales

Los conjuntos de datos que respaldan las conclusiones de este artículo se incluyen dentro del artículo, y se podría poner a disposición del interesado más información sobre los datos y materiales mediante una solicitud motivada dirigida al autor correspondiente.

Abreviaturas

2D:

Bidimensional

TMD:

Dicalcogenuros de metales de transición

vdW:

Van der Waals

SBH:

Altura de la barrera Schottky

DFT:

Teoría funcional de la densidad

PAW:

Proyector de onda aumentada

PBE:

Perdew-Burke-Ernzerhof

GGA:

Aproximación de gradiente generalizada

DOS:

Densidad de estados

CBM:

Banda de conducción mínima

VBM:

Máximo de banda de valencia


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