单层MoS2的电子结构及晶格动力学研究.pdf

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1、单层MoS2的电子结构及晶格动力学研究作者姓名吴胜宝导师姓名、职称雷天民教授一级学科材料科学与工程二级学科材料物理与化学申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1205122219分类TN82号TN3密级公开西安电子科技大学硕士学位论文单层MoS2的电子结构及晶格动力学研究作者姓名：吴胜宝一级学科：材料科学与工程二级学科：材料物理与化学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：雷天民教授提交日期：2014年11月AStudyofElectronicStructureandLatticeDynamicsofMoS2Athesissubmitte

2、dtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMaterialsScienceandEngineeringByWuShengbaoSupervisor:Prof.LeiTianminNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包

3、含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大

4、学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要二硫化钼(MoS2)作为一种新型的二维层状半导体材料，因其独特的分子结构、可观的禁带宽度等优良特性，已经成为了国内外材料相关领域的研究热点之一。基于MoS2光明的研究前途，我们借助MaterialsStudio软件对本征态二硫化钼、空位缺陷体系、稀土元素掺杂、声子谱等多个研究方向进行了系统的计算研究，所取得的研究成果如下：1.对6×6×1的MoS2单层超胞进行了优化计算，能带结构计算结果呈现出直接带隙特点，禁带宽度为1.726eV，略小于相应的实验结果。光学吸收谱计算显示单层MoS2从可见光

5、区域至紫外光区域都有很强的吸收表现，表明单层MoS2也有制作光电子器件尤其是紫外探测器件的潜力。声子谱的声子色散曲线没有简并部分，分析是单层MoS2对称性所致，同时两光学支LO2、TO2在布里渊区中心的拉曼活-1性模式有1.9cm左右的LO-TO劈裂，比拉曼表征下E2g与A1g特征峰之间的频率间隔小。2.在对本征MoS2研究的基础上，我们研究了单层MoS2中的空位缺陷行为。对Mo空位及双S空位的研究发现空位缺陷具有点缺陷的特征，且S空位较Mo空位更容易形成。结合电子分布、态密度分析认为两种空位缺陷在禁带中引入的缺陷能级属于受主能级的可能性大。Mo、S空位缺陷体系在高能量区

6、域的导带能态密度较本征态显著变小，认为缺陷能级的限域作用是可能因素之一。同时发现无论Mo空位还是S空位缺陷都导致导带态密度有几个量级的下降，说明空位缺陷的存在对MoS2电子结构具有很大的影响。3.考虑到稀土元素因具有丰富的5d态和4f态价电子及长寿命激发态，文中选择了用La、Ce、Nd三种元素分别替换一个Mo原子对单层MoS2进行了掺杂计算。得到的晶格参数、能带结构和态密度、差分电荷密度等结果并与本征MoS2进行对比分析，发现La掺杂MoS2的晶格畸变程度最大而Nd掺杂最小，分析认为造成的差别与三种杂质原子的共价半径(La>Ce>Nd)大小有关。掺入La原子在MoS2的禁

7、带中引入受主能级，Ce、Nd掺杂可能形成施主、受主能级共存的情况。三种稀土元素掺杂的差分电荷密度表明单层MoS2中的电子分布发生改变，特别是Nd掺杂因为4f电子的存在使得差分电荷密度呈现出的反差尤为突出。4.最后，我们对La掺杂单层MoS2磁性的计算采用GGA和在GGA基础上引入d态自旋电子之间排斥作用作修正的GGA+U两种不同方式。结果显示，作修正的GGA+U方式使得La掺杂的磁矩确实有所变大，同时带隙、晶格畸变程度都较GGA计算结果大，与基础理论分析吻合性很好。但是考虑到La掺杂时只有MoI西安电子科技大学硕士学位论文和L