V2NO2/ TiSi2N4異質結界面性質調控的理論研究

馮繼辰，馬寧，牛麗

V2NO2/ TiSi2N4異質結界面性質調控的理論研究

馮繼辰1，馬寧2，牛麗1

（哈爾濱師范大學 1. 物理與電子工程學院，2. 計算機科學與信息工程學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

MXenes；異質結；肖特基勢壘；第一性原理；MA2Z4

1 計算方法

2 結果與討論

2.1 電子結構特性

在建立V2NO2/TiSi2N4異質結模型之前，研究了V2NO2和TiSi2N4單層的結構信息及電子結構．V2NO2中的氧原子在晶胞中具有三個不同的結合位點：直接占據上面V原子的表面空位（構型I）；在N原子的頂部和由三個相鄰的V原子形成的三角形的中空處（構型II）；在底部V原子的頂部和三個相鄰的N原子的中心上（構型III）．計算結果與文獻[9]相同，構型III具有最低的能量，說明構型III比V2NO2其他兩種構型更穩定．優化后的最穩定結構見圖1a，V2NO2納米單層的空間群為164（3），晶格參數為2.91 nm-1．

V2NO2的能帶結構見圖1b，通過能帶圖可知V2NO2保留了V2N的金屬性質，考慮到構型III在能量上是最有利結構并且保持了體系類金屬性質，構型III的V2NO2是用于構建金屬-半導體異質結構的理想構型．

圖2 V2NO2/ TiSi2N4異質結的六種堆疊方式（分別稱為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ）

當兩個層堆疊形成異質結構時，會發生電荷的重新分布和轉移，為了分析其相互作用，計算了異質結構中的三維電荷密度差分，結果見圖3．圖3a中黃色和淡藍色區域分別表示電荷積累和耗盡．黃色區域正好在V2NO2層表面之下，這表明電子在V2NO2層周圍積累；而TiSi2N4層的表面被淡藍色區域包圍，這意味著空穴在TiSi2N4層周圍積聚．而靜電勢也能看出這一點（見圖3b），電子從靜電勢低的一端向高的一端轉移，即由TiSi2N4層向V2NO2層轉移．電子局域函數（ELF）也繪制在圖3c中，可以看到靠近TiSi2N4層的Ti原子周圍的局域電子形狀與另一側的Ti原子周圍的局域電子形狀明顯不同，這表明異質結構中存在層間范德瓦爾斯相互作用．

圖3 V2CO2/TiSi2N4異質結電子性質

2.2 外加電場對肖特基勢壘的調控

施加不同外電場時V2NO2/TiSi2N4肖特基結的投影能帶結構（外電場施加范圍為-0.5～+0.5 V/nm-1）見圖4b．計算結果表明，在正的外加電場調節下，VBM和CBM先上升后下移；在負的外加電場調節下，其VBM和CBM的總體趨勢為下移趨勢．在正負外加電場作用下，單層TiSi2N4保持了原間接帶隙半導體的特性．

圖4 異質結在外電場作用下的肖特基勢壘和能帶結構的變化

3 結語

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Theoretical study of the modulation of interfacial properties of V2NO2/ TiSi2N4heterojunctions

FENG Jichen1，MA Ning2，NIU Li1

（1. School of Physics and Electronic Engineering，2. School of Computer Science and Information Engineering，Harbin Normal University，Harbin 150025，China）

MXenes；heterojunctions；Schottky barriers；first principles；MA2Z4

O469

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2024.01.010

1007-9831（2024）01-0051-05

2023-06-26

馮繼辰（1999-），男，黑龍江牡丹江人，在讀碩士研究生，從事凝聚態物理研究．E-mail：1141117031@qq.com

馬寧（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，從事第一性原理計算研究．E-mail：maninghsd@163.com