MoS2中帶電點缺陷性能的理論研究

（湖南工業大學 理學院，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

二維（2D）半導體材料因具有獨特的物理化學性質，是未來電子學和光電子學材料的有力候選者[1-8]。但是，通過雜質或缺陷的引入使材料在工作溫度下產生足夠多的自由載流子是半導體器件材料的重要先決條件之一。因此，二維半導體材料能否作為電子和光電器件材料的關鍵取決于其摻雜性能[1-4]，這就要求從根本上了解其摻雜和缺陷的性質。

可摻雜性（為了在工作溫度下顯著產生超過一定濃度的載流子而引入的缺陷或雜質）是半導體材料在電子器件和光電器件中應用的關鍵。在物理學上，用缺陷離化能（ionized energy，IE）表示材料的摻雜性能特征。離化能是一個缺陷或者雜質釋放電子或者產生空穴所需要的能量。帶電缺陷的離化能可以通過分析材料的吸收譜、溫度依賴的電導率等實驗數據獲得[9-10]，也可以直接通過理論計算獲得。即通過構建超原胞，在周期性邊界條件下基于密度泛函理論計算，可以獲得雜質的離化能。在過去的20 多年里，第一性原理計算已經被廣泛地應用于摻雜體系中雜質離化能的預測。

傳統方法中常采用凝膠模型（jellium model，JM）計算帶電缺陷體系。在JM 里，一個超原胞里包含一個帶電的缺陷。通過減少（增加）體系的電子數目來模擬這個缺陷釋放（捕獲）電子。為了保證計算體系的電中性，即核電數目與電子數目相等，以及消除由于周期性邊界條件引起的靜電勢能，在計算過程中加入了一個均勻的背景電荷[11]。……