搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低温下二硫化钼电子迁移率研究

董海明

引用本文:
Citation:

低温下二硫化钼电子迁移率研究

董海明

Investigation on mobility of single-layer MoS2 at low temperature

Dong Hai-Ming
PDF
导出引用
  • 二硫化钼(MoS2)是已知的二维半导体材料中光电性能最优秀的材料之一. 单原子层厚的MoS2是禁带宽度为1.8 eV 的二维直接带隙半导体材料, 可以用来发展新型的纳米电子器件和光电功能器件. 本论文利用玻尔兹曼平衡方程输运理论研究低温时MoS2系统的电输运性质, 计算得到了MoS2电子迁移率的解析表达式. 研究发现, 低温时MoS2 的迁移率与衬底材料的介电常数的平方成正比; 与系统的电子浓度对带电杂质的浓度的比率ne/ni 成线性关系. 因此, 选用介电常数高的衬底材料, 适当提高MoS2系统的载流子浓度, 同时降低杂质的浓度, 可以有效提高MoS2系统的迁移率. 研究结果为探索以MoS2为基础的新型纳米光电器件的研究和实际应用提供了理论依据.
    The two-dimensional, single-layer MoS2 with a direct band-gap of 1.8 eV, which makes it very suitable for nanoelectronic applications, such as field-effect transistors, has aroused great interest because of its distinctive electronic, optical, and catalytic properties. In this paper, we present a detailed theoretical study of the electronic transport property of single-layer MoS2 on the basis of the usual momentum-balance equation. We obtain the analytical electric mobility at low temperature. It shows that the electric mobility of MoS2 is linear with respect to substrate dielectric constant squared and the rate between the electron density and charged impurity density at low temperature. It is found that by using relatively high dielectric constant materials as substrates, reducing impurity densities and increasing carrier densities high mobilities in MoS2-substrate wafer systems can be achieved.
    • 基金项目: 中央高校基本科研业务费(批准号: 2013QNA29)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. 2013QNA29).
    [1]

    Castro Neto A H, Novoselov K 2011 Rep. Prog. Phys. 74 082501

    [2]

    Liu W L, Chen C, Shen Q W 2008 Chin. Phys. Lett. 25 227

    [3]

    Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nature Nanotechnol. 6 147

    [4]

    Wang H, Yu L L, Lee Y H 2012 Nano Lett. 12 4674

    [5]

    Kim S, Konar A, Hwang W S Lee J H, Lee J Y, Yang J Y, Jung C H, Kim H S, Yoo J B, Choi J Y, Jin Y W, Lee S Y, Jena D D, Choi W, Kim K 2012 Nature Commun. 3 1011

    [6]

    Mak K F, C Lee H G, Hone J, Shan J, Heinz T F 2010 Phys. Rev. Lett. 105 136805

    [7]

    Yin Z Y, Li H, Li H, Jiang L, Shi Y M, Sun Y H, Lu G, Zhang Q, Chen X D, Zhang H 2012 ACS Nano 6 74

    [8]

    Alam K, Lake R K 2012 IEEE Trans. Electron DEC. 59 3250

    [9]

    Wang Q H, Kourosh K Z, Kis A, Coleman J N, Strano M S 2012 Nature Nanotechnol. 7 699

    [10]

    Lee H S, Min S W, Chang Y G, Park M K, Nam T W, Kim H, Kim J H, Ryu S M, Im S 2012 Nano Lett. 12 3695

    [11]

    Yang H J, Heo J S, Park S J, Song H J, Seo D H 2012 Science 336 1140

    [12]

    Wu M S, Xu B, Liu G, Ouyang C Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 227102 (in Chinese) [吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英 2012 物理学报 61 227102]

    [13]

    Ye L X 2007 Semiconductor Physics (Vol. 1) (BeiJing: Higher Education Press) (in Chinese) [叶良修 2007 半导体物理学 (上卷) (北京高等教育出版社)]

    [14]

    Lei X L, Ting C S 1985 J. Phys. C 18 77

    [15]

    Mahan G D 2000 Many-Particle Physics (New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers) p325

    [16]

    Zhang X L, Hayward D O, Mingos D M 2002 Catalysis Lett. 84 225

    [17]

    Hwang E H, Adam S, Sarma S D 2007 Phys. Rev. Lett. 98 186806

    [18]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Zhang D Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [19]

    Zhang J F, Yue H, Zhang J C, Ni J Y 2008 Sci. China F 51 780

    [20]

    Ando T 1982 Rev. Mod. Phys. 54 437

  • [1]

    Castro Neto A H, Novoselov K 2011 Rep. Prog. Phys. 74 082501

    [2]

    Liu W L, Chen C, Shen Q W 2008 Chin. Phys. Lett. 25 227

    [3]

    Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nature Nanotechnol. 6 147

    [4]

    Wang H, Yu L L, Lee Y H 2012 Nano Lett. 12 4674

    [5]

    Kim S, Konar A, Hwang W S Lee J H, Lee J Y, Yang J Y, Jung C H, Kim H S, Yoo J B, Choi J Y, Jin Y W, Lee S Y, Jena D D, Choi W, Kim K 2012 Nature Commun. 3 1011

    [6]

    Mak K F, C Lee H G, Hone J, Shan J, Heinz T F 2010 Phys. Rev. Lett. 105 136805

    [7]

    Yin Z Y, Li H, Li H, Jiang L, Shi Y M, Sun Y H, Lu G, Zhang Q, Chen X D, Zhang H 2012 ACS Nano 6 74

    [8]

    Alam K, Lake R K 2012 IEEE Trans. Electron DEC. 59 3250

    [9]

    Wang Q H, Kourosh K Z, Kis A, Coleman J N, Strano M S 2012 Nature Nanotechnol. 7 699

    [10]

    Lee H S, Min S W, Chang Y G, Park M K, Nam T W, Kim H, Kim J H, Ryu S M, Im S 2012 Nano Lett. 12 3695

    [11]

    Yang H J, Heo J S, Park S J, Song H J, Seo D H 2012 Science 336 1140

    [12]

    Wu M S, Xu B, Liu G, Ouyang C Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 227102 (in Chinese) [吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英 2012 物理学报 61 227102]

    [13]

    Ye L X 2007 Semiconductor Physics (Vol. 1) (BeiJing: Higher Education Press) (in Chinese) [叶良修 2007 半导体物理学 (上卷) (北京高等教育出版社)]

    [14]

    Lei X L, Ting C S 1985 J. Phys. C 18 77

    [15]

    Mahan G D 2000 Many-Particle Physics (New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers) p325

    [16]

    Zhang X L, Hayward D O, Mingos D M 2002 Catalysis Lett. 84 225

    [17]

    Hwang E H, Adam S, Sarma S D 2007 Phys. Rev. Lett. 98 186806

    [18]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Zhang D Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [19]

    Zhang J F, Yue H, Zhang J C, Ni J Y 2008 Sci. China F 51 780

    [20]

    Ando T 1982 Rev. Mod. Phys. 54 437

  • [1] 余泽浩, 张力发, 吴靖, 赵云山. 二维层状热电材料研究进展. 物理学报, 2023, 72(5): 057301. doi: 10.7498/aps.72.20222095
    [2] 田金朋, 王硕培, 时东霞, 张广宇. 垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管. 物理学报, 2022, 71(21): 218502. doi: 10.7498/aps.71.20220738
    [3] 吴帆帆, 季怡汝, 杨威, 张广宇. 二硫化钼的电子能带结构和低温输运实验进展. 物理学报, 2022, 71(12): 127306. doi: 10.7498/aps.71.20220015
    [4] 王浩林, 宗其军, 黄焱, 陈以威, 朱雨剑, 魏凌楠, 王雷. 二维原子晶体的转移堆叠方法及其高质量电子器件的研究进展. 物理学报, 2021, 70(13): 138202. doi: 10.7498/aps.70.20210929
    [5] 蒋黎英, 易颖婷, 易早, 杨华, 李治友, 苏炬, 周自刚, 陈喜芳, 易有根. 基于单层二硫化钼的高品质因子、高品质因数的四波段完美吸收器. 物理学报, 2021, 70(12): 128101. doi: 10.7498/aps.70.20202163
    [6] 刘凯龙, 彭冬生. 拉伸应变对单层二硫化钼光电特性的影响. 物理学报, 2021, 70(21): 217101. doi: 10.7498/aps.70.20210816
    [7] 孟凡, 胡劲华, 王辉, 邹戈胤, 崔建功, 赵乐. 等离子体谐振腔对二硫化钼的荧光增强效应. 物理学报, 2019, 68(23): 237801. doi: 10.7498/aps.68.20191121
    [8] 刘乐, 汤建, 王琴琴, 时东霞, 张广宇. 石墨烯封装单层二硫化钼的热稳定性研究. 物理学报, 2018, 67(22): 226501. doi: 10.7498/aps.67.20181255
    [9] 张新成, 廖文虎, 左敏. 非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼电子结构及其自旋/谷输运性质. 物理学报, 2018, 67(10): 107101. doi: 10.7498/aps.67.20180213
    [10] 危阳, 马新国, 祝林, 贺华, 黄楚云. 二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对带边电位影响的理论研究. 物理学报, 2017, 66(8): 087101. doi: 10.7498/aps.66.087101
    [11] 李明林, 万亚玲, 胡建玥, 王卫东. 单层二硫化钼力学性能温度和手性效应的分子动力学模拟. 物理学报, 2016, 65(17): 176201. doi: 10.7498/aps.65.176201
    [12] 张理勇, 方粮, 彭向阳. 单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(12): 127101. doi: 10.7498/aps.65.127101
    [13] 傅重源, 邢淞, 沈涛, 邰博, 董前民, 舒海波, 梁培. 水热法合成纳米花状二硫化钼及其微观结构表征. 物理学报, 2015, 64(1): 016102. doi: 10.7498/aps.64.016102
    [14] 张理勇, 方粮, 彭向阳. 金衬底调控单层二硫化钼电子性能的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(18): 187101. doi: 10.7498/aps.64.187101
    [15] 魏晓旭, 程英, 霍达, 张宇涵, 王军转, 胡勇, 施毅. Au的金属颗粒对二硫化钼发光增强. 物理学报, 2014, 63(21): 217802. doi: 10.7498/aps.63.217802
    [16] 吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. 应变对单层二硫化钼能带影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(22): 227102. doi: 10.7498/aps.61.227102
    [17] 王平亚, 张金风, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃. 晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117304. doi: 10.7498/aps.60.117304
    [18] 代月花, 陈军宁, 柯导明, 孙家讹, 胡 媛. 纳米MOSFET迁移率解析模型. 物理学报, 2006, 55(11): 6090-6094. doi: 10.7498/aps.55.6090
    [19] 许雪梅, 彭景翠, 李宏建, 瞿述, 罗小华. 载流子迁移率对单层有机发光二极管复合效率的影响. 物理学报, 2002, 51(10): 2380-2385. doi: 10.7498/aps.51.2380
    [20] 李志锋, 陆 卫, 叶红娟, 袁先璋, 沈学础, G.Li, S.J.Chua. GaN载流子浓度和迁移率的光谱研究. 物理学报, 2000, 49(8): 1614-1619. doi: 10.7498/aps.49.1614
计量
  • 文章访问数:  9046
  • PDF下载量:  1108
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-26
  • 修回日期:  2013-07-10
  • 刊出日期:  2013-10-05

/

返回文章
返回