Schottky Barriers dan Tipe Kontak yang Dapat Dikendalikan Regangan dan Medan Listrik dan Jenis Kontak dalam Heterostruktur Grafena-MoTe2 van der Waals
Abstrak
Dichalcogenides logam transisi dua dimensi (2D) dengan permukaan yang dipasifkan secara intrinsik adalah kandidat yang menjanjikan untuk perangkat optoelektronik ultra tipis yang kinerjanya sangat dipengaruhi oleh kontak dengan elektroda logam. Di sini, perhitungan prinsip pertama digunakan untuk membangun dan menyelidiki sifat elektronik dan antarmuka 2D MoTe2 kontak dengan elektroda graphene dengan mengambil keuntungan penuh dari mereka. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa sifat elektronik graphene dan MoTe2 lapisan terpelihara dengan baik dalam heterostruktur karena interaksi antar lapisan van der Waals yang lemah, dan tingkat Fermi bergerak menuju pita konduksi minimum MoTe2 lapisan sehingga membentuk n ketik kontak Schottky di antarmuka. Lebih menarik lagi, tinggi penghalang Schottky dan tipe kontak di graphene-MoTe2 heterostruktur dapat disetel secara efektif oleh regangan biaksial dan medan listrik eksternal, yang dapat mengubah struktur hetero dari n ketik kontak Schottky ke p ketik satu atau ke kontak Ohmic. Pekerjaan ini memberikan tampilan wawasan yang lebih dalam untuk menyetel jenis kontak dan strategi efektif untuk merancang MoTe berkinerja tinggi2 -perangkat nano elektronik Schottky.
Pengantar
Kristal berlapis dua dimensi (2D) telah menarik minat yang meningkat karena sifat fisiknya yang baru dan aplikasi potensial di berbagai bidang sejak penemuan graphene [1]. Fitur dan kinerja yang tidak konvensional, seperti efek Hall kuantum setengah bilangan bulat [2], tunneling Klein [3], dan superkonduktivitas [4], telah ditemukan di berbagai bahan 2D. Untuk graphene, bagaimanapun, struktur pita tipe kerucut Dirac tanpa celah pita di dekat level Fermi menghalangi aplikasi langsungnya dalam transistor. Hal ini telah mendorong pencarian bahan alternatif dari bahan 2D lainnya [5,6,7,8,9,10,11,12,13,14] dengan sifat serbaguna, di antaranya dichalcogenides logam transisi berlapis (TMDs) telah mendapatkan perhatian yang luas. . Celah pita TMD dapat disetel dari sekitar 0,8 eV hingga 2,0 eV dan sebanding dengan semikonduktor konvensional, memungkinkan TMD menjadi kandidat yang sangat baik untuk aplikasi optoelektronik. Mirip dengan grafit, sebagian besar TMD adalah material struktur berlapis dengan interaksi van der Waals (vdW) antar lapisan, sehingga dapat terkelupas menjadi beberapa lapisan atau satu lapisan [15, 16]. Ditemukan bahwa TMD memiliki karakteristik yang bergantung pada ketebalan dan akan mengalami transisi celah pita tidak langsung [16, 17] ketika mereka diubah dari massal menjadi beberapa lapisan atau monolayer. TMD monolayer memiliki beberapa struktur, seperti fase H dan fase T (atau fase T′), sedangkan fase H biasanya menunjukkan karakteristik semikonduktor.
Sebagai anggota TMD, MoTe massal2 mencakup tiga fase yang menarik:fase heksagonal (2H, semikonduktor) [18], fase monoklinik (1 T′, logam) [19], dan oktahedral (Td , tipe II Weyl semimetal) fase [20, 21], di mana fase 2H adalah yang paling stabil. MoTe fase 2H2 memiliki celah pita tidak langsung sekitar 1,0 eV untuk bulk dan celah pita langsung sekitar 1,1 eV untuk monolayer [22, 23], yang menunjukkan bahwa celah pita hampir tidak tergantung pada jumlah lapisan dan dapat diterapkan untuk jarak dekat. -fotodetektor inframerah. Untuk kenyamanan, dalam teks berikut, 2H-MoTe2 hanya disebut sebagai MoTe2 . Dibandingkan dengan TMD lain, MoTe2 memiliki banyak keunggulan, misalnya konduktivitas lebih rendah [24], koefisien Seebeck lebih tinggi [24], dan kemampuan penginderaan lebih baik [18, 25]. Menggabungkan keunggulan MoTe2 dan graphene, membuat tipe heterostruktur dengan graphene dan MoTe2 untuk aplikasi perangkat dapat dipertimbangkan. Sebenarnya, heterostruktur vertikal baru-baru ini berdasarkan bahan struktur berlapis 2D telah menarik minat yang meningkat [26,27,28,29,30,31,32,33] karena tidak adanya ikatan yang menjuntai pada permukaan komponen yang terisolasi dan struktur yang lemah. Penyematan level feminim. Untuk heterostruktur vertikal berbasis graphene-TMDs, percobaan telah mengkonfirmasi rasio on-off tinggi yang sangat baik, respons foto tinggi, arus gelap rendah, dan efisiensi kuantum yang baik [34,35,36,37,38], dibandingkan dengan TMD sederhana -jenis berbasis. Meskipun sebagian besar heterostruktur vertikal berbasis graphene-TMD yang dilaporkan dibuat dengan TMD lain, seperti MoS2 , beberapa eksperimen telah menyelidiki graphene-MoTe2 heterostruktur [39,40,41,42,43] karena sifat elektronik dan optik yang unik dari MoTe2 . Dilaporkan [39] bahwa rasio on-off dari graphene-MoTe2 heterostruktur vertikal setinggi ~(0.5 − 1) × 10
−5
, dan responsivitas foto bisa mencapai 20 mAW
−1
, yang sebanding dengan nilai yang sesuai dari graphene-MoS2 perangkat. Kemudian, berdasarkan graphene-MoTe2 -graphene vertikal vdW heterostruktur, fotodetektor inframerah-dekat dibuat [40, 42] dengan kinerja yang unggul, termasuk fotoresponsivitas tinggi, efisiensi kuantum eksternal tinggi, respons cepat dan proses pemulihan, dan bebas dari sumber eksternal−menguras catu daya dibandingkan dengan fotodetektor semikonduktor berlapis lainnya. Kemudian, sebuah graphene-MoTe2 transistor vertikal vdW yang menunjukkan karakteristik ambipolar berbentuk V yang sesuai [41] telah dilaporkan. Oleh karena itu, graphene-MoTe2 heterostruktur adalah kandidat yang menjanjikan untuk perangkat nano optoelektronik dengan responsivitas tinggi, kecepatan tinggi, dan fleksibel. Dalam hal ini, penting untuk melakukan penyelidikan teoretis tentang graphene-MoTe2 heterostruktur vertikal yang belum dilaporkan.
Untuk heterostruktur logam-semikonduktor, jenis kontak (kontak Schottky atau kontak Ohmic) harus dipertimbangkan, karena menentukan adanya karakteristik penyearah atau tidak untuk heterostruktur. Untuk kontak Schottky, ketinggian penghalang Schottky (SBH) akan memainkan peran kunci pada perilaku perangkat yang sesuai [44] dan telah diselidiki secara intensif. Untuk mencapai kinerja tinggi untuk aplikasi perangkat yang sebenarnya, diinginkan bahwa SBH dapat disetel. Banyak strategi telah diusulkan untuk memodulasi SBH, di antaranya menerapkan medan listrik eksternal dan regangan biaksial adalah cara yang paling umum.
Dalam makalah ini, berdasarkan perhitungan prinsip pertama, struktur elektronik, dan medan elektronik eksternal dan ketergantungan regangan dari SBH graphene-MoTe2 heterostruktur telah diselidiki. Hasil yang dihitung menunjukkan bahwa sifat elektronik graphene dan MoTe2 monolayer dipertahankan dengan cukup baik setelah ditumpuk secara vertikal sebagai heterostruktur. Penghalang Schottky dari heterostruktur dapat diubah antara p ketik dan n ketik dengan menerapkan medan listrik atau regangan eksternal, dan heterostruktur bahkan dapat mencapai kontak Ohmik ketika medan listrik atau regangan eksternal cukup kuat.
Metode Komputasi
Perhitungan prinsip pertama telah dilakukan dengan menggunakan Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) [45,46,47] berdasarkan teori fungsi densitas (DFT). Proyektor augmented wave (PAW) [48] pseudopotentials diterapkan untuk model interaksi ion-elektron dan Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) pendekatan gradien umum (GGA) [49] digunakan untuk mengobati korelasi pertukaran elektron. Untuk semua perhitungan, metode DFT-D2 [50] dari Grimme yang mewakili istilah interaksi vdW digunakan dan energi cutoff bidang-gelombang diatur ke 600 eV. Ambang batas konvergensi disetel ke 10
−6
eV untuk energi dan 0,01 eV/Å untuk gaya. Zona Brillouin k -point mesh diatur sebagai 9 × 9 × 1 dalam skema Monkhost-Pack. Ruang hampa 25 Å di sepanjang z arah diadopsi untuk menghindari interaksi antara lapisan tetangga. Seperti terungkap bahwa efek kopling spin-orbit pada struktur pita 2H-MoTe2 sangat lemah [51], semua perhitungan tidak mempertimbangkan kopling spin-orbit.
Grafena-MoTe2 heterostruktur dibangun oleh graphene dan MoTe2 monolayer melalui susun dua bahan 2D sepanjang arah vertikal. Baik graphene maupun MoTe2 mengadopsi kisi heksagonal dan parameter kisinya masing-masing adalah 2,46 Å [52] dan 3,52 Å [53]. Oleh karena itu, lattice mismatch lebih rendah dari kriteria sebelumnya yaitu 5%. Menurut struktur graphene dan MoTe2 monolayer, di sini, tiga mode susun tipikal dipertimbangkan:HS-1, HS-2, dan HS-3, yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Untuk mode susun HS-1, satu atom Te hanya terletak di bawah situs berongga dari kisi graphene; untuk HS-2, satu atom Te berada di bawah satu situs atom C dari kisi graphene; untuk HS-3, satu atom Te berada di bawah situs atom C lain yang tidak setara dari kisi graphene.
Tampilan atas dan tampilan samping dari tiga mode susun tipikal untuk graphene-MoTe2 heterostruktur:(a ) HS-1, (b ) HS-2, (c ) HS-3. Bola abu-abu, merah muda, dan hijau masing-masing mewakili atom karbon, molibdenum, dan telurium
Ketika ketergantungan regangan SBH diselidiki, regangan diterapkan secara merata di sepanjang arah zigzag dan kursi berlengan dari graphene.
Hasil dan Diskusi
Struktur kristal kisi untuk MoTe2 monolayer dan tiga mode susun tipikal (HS-1, HS-2, dan HS-3) dari graphene-MoTe2 heterostruktur semuanya telah sepenuhnya dioptimalkan. Energi ikat yang diperoleh dari tiga mode susun tipikal semuanya hampir sama, yaitu, 0,85 eV, sedangkan jarak antarlapisan keseimbangan dari ketiga mode semuanya kira-kira sama dengan 3,53 Å. Oleh karena itu, kami hanya fokus pada HS-1 graphene-MoTe2 heterostruktur untuk diskusi berikut dan menghilangkan "HS-1" untuk kesederhanaan dalam teks berikut. Struktur geometri yang dioptimalkan dari MoTe2 monolayer dan graphene-MoTe2 heterostruktur ditunjukkan pada Gambar. 2. Jelas, MoTe2 monolayer mengadopsi kisi heksagonal dan konstanta kisi yang dioptimalkan adalah 3,52 Å, yang konsisten dengan hasil percobaan [53, 54]. Terlihat jelas dari struktur pita MoTe2 monolayer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3, bahwa MoTe2 monolayer adalah semikonduktor dengan celah pita 1,14 eV, yang juga konsisten dengan hasil percobaan [22, 23]. Ketika graphene dan MoTe2 monolayer ditumpuk secara vertikal sebagai heterostruktur, jarak interlayer kesetimbangan adalah 3,53 Å, yang sebanding dengan nilai Sb-MoTe2 heterostruktur (sekitar 3,94 Å) [55]. Dapat juga dilihat dari Gambar 2 bahwa struktur geometri MoTe2 lapisan dan lapisan graphene di graphene-MoTe2 heterostruktur hampir tetap sama dengan struktur asli MoTe2 monolayer dan graphene, yang menunjukkan interaksi antara kedua lapisan ini lemah. Energi ikat struktur kesetimbangan 0.85 eV lebih rendah daripada Sb-MoTe2 heterostruktur (sekitar 0,37 eV) [55], sehingga heterostruktur stabil secara energetik. Jarak kesetimbangan antara dua lapisan dan energi ikat sebanding dengan heterostruktur berbasis graphene vdW yang khas, seperti graphene-hydrogenated phosphor carbide [56], graphene-AsSb [29], graphene-SMoSe dan graphene-SeMoS [30] , dan graphene-phosphorene [57], menunjukkan bahwa interaksi antara MoTe2 dan graphene adalah tipe vdW yang lemah.
Tampilan atas dan tampilan samping dari struktur yang dioptimalkan dari (a ) MoTe2 lapisan tunggal dan (b ) graphene-MoTe2 heterostruktur. Bola abu-abu, merah muda, dan hijau masing-masing mewakili atom karbon, molibdenum, dan telurium. Jajar genjang biru menunjukkan sel unit 2D
Struktur pita elektronik MoTe2 lapisan tunggal. Wilayah biru muda mewakili celah pita antara pita valensi dan konduksi
Sebenarnya, redistribusi dan transfer muatan pasti akan terjadi ketika graphene dan MoTe2 monolayer ditumpuk untuk membentuk heterostruktur. Perbedaan kerapatan muatan 3D di graphene-MoTe2 heterostruktur didefinisikan sebagai ρ = ρHρGρMT telah dihitung, dimana ρH , ρG , dan ρMT adalah kerapatan muatan heterostruktur, graphene terisolasi, dan MoTe2 monolayer, masing-masing. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 4a, di mana daerah biru dan merah muda gelap masing-masing mewakili akumulasi dan penipisan muatan. Jelas, wilayah biru tepat di bawah MoTe2 lapisan, yang menunjukkan bahwa elektron terakumulasi di sekitar MoTe2 lapisan; sedangkan lapisan grafena dikelilingi oleh area berwarna merah muda gelap, menyiratkan bahwa lubang-lubang menumpuk di sekitar lapisan grafena. Untuk melihat properti transfer biaya lebih jelas, rata-rata planar 〈∆ρ , yang didefinisikan sebagai nilai rata-rata perbedaan kerapatan muatan 3D ρ di pesawat dengan z =konstanta yang sejajar dengan lapisan graphene, ditunjukkan sebagai garis biru pada Gambar. 4a, di mana nilai negatif dan positif masing-masing mewakili penipisan dan akumulasi elektron. Hasilnya memverifikasi bahwa beberapa elektron berpindah dari lapisan graphene ke MoTe2 lapisan, dan ada osilasi di ∆ρ di kedua graphene dan MoTe2 lapisan. Fungsi lokalisasi elektron (ELF) juga diplot pada Gambar 4b, dari mana dapat dilihat bahwa bentuk ELF di sekitar atom Te di dekat lapisan graphene jelas berbeda dengan di sekitar atom Te di sisi lain, menunjukkan adanya interaksi vdW interlayer dalam heterostruktur.
a Perbedaan kerapatan muatan 3D dan perbedaan kerapatan muatan rata-rata (garis biru) sebagai fungsi posisi dalam graphene-MoTe2 heterostruktur di sepanjang z arah, di mana daerah biru dan merah muda gelap menunjukkan akumulasi dan kekurangan elektron, masing-masing. Garis putus-putus horizontal menandai lokasi pusat antara lapisan graphene dan MoTe2 lapisan. b Fungsi lokalisasi elektron dari graphene-MoTe2 heterostruktur dengan nilai iso 0,7
Banyak sifat fisik ditentukan oleh struktur pita dan kepadatan keadaan (DOS), dan struktur pita yang dihitung dan DOS dari graphene-MoTe2 heterostruktur ditunjukkan pada Gambar. 5, di mana tingkat Fermi diatur ke nol. Kerucut Dirac dari lapisan graphene di sekitar tingkat Fermi masih terpelihara dengan baik; namun, celah pita sekitar 10.6 meV dibuka. Artinya, ada kopling interlayer kecil tapi terlihat dalam heterostruktur. Band yang disumbangkan oleh MoTe2 lapisan menunjukkan bahwa karakteristik semikonduktor MoTe2 lapisan dengan celah pita langsung dipertahankan. Celah pita MoTe2 lapisan adalah 0,85 eV dalam heterostruktur, yang berubah dibandingkan dengan hasil 1,14 eV untuk MoTe yang terisolasi2 lapisan tunggal. Salah satu fitur mencolok pada Gambar. 5 adalah bahwa struktur pita dapat dianggap sebagai jumlah sederhana dari pita lapisan terisolasi. Tidak mengherankan bahwa interaksi antara lapisan graphene dan MoTe2 lapisan tidak cukup untuk memodifikasi karakteristik struktur pita setiap komponen dalam heterostruktur, sehingga efek interaksi antarlapisan pada struktur pita sangat lemah. Hal ini semakin menunjukkan bahwa interaksi vdW mendominasi antara MoTe2 lapisan dan lapisan graphene dalam heterostruktur, dan dengan demikian melestarikan sifat kunci intrinsik.
Struktur pita dan kerapatan parsial status lapisan graphene dan MoTe2 lapisan di graphene-MoTe2 heterostruktur
Sifat kontak dari heterostruktur penting untuk aplikasi perangkat. Sebuah graphene-MoTe2 transistor berbasis heterojunction telah dirancang, dan diagram skematik ditunjukkan pada Gambar. 6a, di mana MoTe2 monolayer digunakan sebagai bahan saluran dan graphene sebagai elektroda sumber atau saluran dan gerbang. Karena perbedaan fungsi kerja logam dan semikonduktor, ada pita lentur pada antarmuka, yang dapat diperkirakan dengan perbedaan tingkat Fermi (ΔEB ), ditentukan oleh ΔEB = AG − MTAMT , di mana AG − MT dan AMT adalah fungsi kerja dari heterostruktur dan MoTe yang sesuai2 monolayer, masing-masing. W . yang dihitung G − MT dan AMT adalah 4,36 eV dan 4,84 eV, masing-masing, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6b. Hasilnya konsisten dengan nilai eksperimen [39]. Akibatnya, pita lentur (ΔEB ) adalah sekitar 0,48 eV dalam heterostruktur, yang sebanding dengan hasil heterostruktur fosfor karbida terhidrogenasi graphene [56].
a Diagram skema dari graphene-MoTe2 transistor berbasis heterostruktur. b Penjajaran pita graphene-MoTe2 heterostruktur sehubungan dengan tingkat vakum, di mana kerucut merah mewakili posisi titik Dirac lapisan graphene dalam heterostruktur. CBM dan VBM masing-masing mewakili minimum pita konduksi dan pita valensi maksimum. AG-MT dan AMT adalah fungsi kerja graphene-MoTe2 heterostruktur dan MoTe2 monolayer, masing-masing
Salah satu sifat kontak yang paling penting dari heterostruktur logam-semikonduktor adalah penghalang Schottky pada antarmuka vertikal (antara lapisan graphene dan MoTe2 layer), yang menentukan aliran arus melintasi antarmuka heterostruktur sehingga memainkan peran penting dalam kinerja perangkat yang sesuai. Secara umum, menurut jenis semikonduktor dalam heterostruktur, SBH dibagi menjadi n ketik dan p jenis, masing-masing. n ketik SBH (ΦBn ) didefinisikan sebagai perbedaan energi antara minimum pita konduksi (CBM) semikonduktor (EC ) dan tingkat Fermi logam (EB ), yaitu, ΦBn = ECEB . p ketik SBH (ΦBp ) didefinisikan sebagai perbedaan energi antara tingkat Fermi logam dan pita valensi maksimum (VBM) semikonduktor (EV ), yaitu, ΦBp = EBEV . Hasil SBH dari graphene-MoTe2 heterostruktur ditunjukkan pada Gambar. 6b. Karena transfer muatan, tingkat Fermi bergerak dari sisi pita valensi MoTe2 monolayer ke sisi pita konduksi MoTe2 lapisan dalam heterostruktur, yang menunjukkan bahwa SBH dari heterostruktur adalah n ketik dengan nilai sekitar 0,33 eV pada antarmuka. Artinya, konduksi muatan heterostruktur akan terutama melalui elektron.
Untuk meningkatkan kinerja transistor berbasis heterostruktur, diinginkan untuk menyetel SBH. Hal ini menunjukkan bahwa SBH dapat disetel melalui penerapan medan listrik eksternal dan regangan dalam bidang [29, 30, 58]. Serangkaian perhitungan untuk struktur pita heterostruktur di bawah medan listrik eksternal yang berbeda telah dibuat, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 7, di mana arah medan listrik eksternal positif menunjuk dari MoTe2 lapisan ke lapisan graphene, sedangkan nilai negatif sepanjang arah yang berlawanan. Di wilayah kontak Schottky, ΦBn menunjukkan hubungan linier kira-kira ke atas dengan medan listrik, sedangkan ΦBp berperilaku terbalik. Hasil ini menunjukkan bahwa medan listrik positif dan negatif memungkinkan tingkat Fermi bergeser ke arah VBM dan CBM MoTe2 lapisan dalam heterostruktur, masing-masing. Di bawah medan listrik negatif, ΦBn lebih kecil dari ΦBp sepanjang waktu, menunjukkan bahwa penghalang Schottky adalah n Tipe. Ketika medan listrik positif sedikit lebih besar dari nol, ΦBn mulai lebih besar dari ΦBp , yang berarti penghalang Schottky diubah dari n ketik ke p ketik di graphene-MoTe2 antarmuka. Jelas bahwa celah pita (kira-kira sama dengan jumlah ΦBn dan ΦBp ) dari MoTe2 lapisan hampir tetap konstan di bawah medan listrik eksternal, yang menunjukkan bahwa medan eksternal memiliki sedikit efek pada sifat elektronik murni. Hal ini dapat dipahami sebagai berikut:meskipun medan listrik eksternal dapat mengubah nilai eigen energi elektron valensi seperti CBM dan VBM, nilai relatifnya tidak berubah, sehingga celah pita tetap konstan. Dengan kata lain, medan listrik eksternal tidak dapat mengubah struktur pita kecuali pita lentur. Dapat juga terlihat jelas dari Gambar 7 bahwa SBH menjadi negatif ketika medan listrik positif lebih besar dari 1,0 V/nm, yang berarti elektron dari graphene akan disuntikkan ke MoTe2 tanpa penghalang apapun, menunjukkan bahwa MoTe2 memiliki konduktivitas logam, dan dengan demikian mewujudkan transisi kontak Schottky-to-Ohmic. Untuk medan listrik negatif ketika intensitas melebihi 1,0 V/nm, struktur hetero juga dapat disetel ke kontak Ohmik. Semua hasil ini menunjukkan bahwa menerapkan medan listrik eksternal adalah strategi yang efektif untuk memodulasi SBH dan jenis kontak untuk graphene-MoTe2 heterostruktur.
Ketinggian penghalang Schottky dari graphene-MoTe2 heterostruktur sebagai fungsi dari medan listrik eksternal. Area biru dan merah menunjukkan kontak Schottky sebagai p ketik dan n jenis, masing-masing. Area abu-abu menandai wilayah kontak Ohmic
SBH sebagai fungsi dari regangan biaksial dalam bidang juga dihitung dan hasilnya ditampilkan pada Gambar 8. Untuk menerapkan regangan biaksial, z koordinat atom Te santai sedangkan posisi atom lain tetap setelah mengubah ukuran sel satuan. Ditunjukkan bahwa regangan juga dapat menyetel SBH heterostruktur antara n ketik dan p ketik dan dorong heterostruktur untuk mendekati kontak Ohmic. Perilaku ketergantungan regangan SBH sangat berbeda dengan ketergantungan medan listrik. Situasi menjadi jauh lebih kompleks. Untuk rentang regangan yang lebar, ΦBn lebih kecil dari ΦBp , sementara hanya dalam rentang regangan tarik yang sempit ΦBp mempertahankan lebih kecil dari ΦBn . Artinya, rentang regangan n -jenis SBH (regangan sekitar 10 ~ 4%) jauh lebih lebar daripada p jenis (sekitar 4 ~ 7%). Ketika regangan tarik mencapai 7% dan regangan tekan mencapai 10%, kontak Ohmik untuk heterostruktur juga muncul. Perlu dicatat bahwa celah pita MoTe2 lapisan dalam heterostruktur akan berubah kuat dengan variasi regangan di daerah kontak Schottky, yang sangat berbeda dengan hasil kasus medan listrik. Ketika kisi-kisi berada di bawah regangan, mereka akan menyimpang dari keadaan setimbang, sehingga menyebabkan perubahan struktur pita. Bahkan, tidak hanya nilai celah pita tetapi juga jenis celah pita (langsung atau tidak langsung) akan diubah oleh regangan. Untuk strain kecil, MoTe2 lapisan tetap celah pita langsung sementara itu berubah menjadi celah pita tidak langsung untuk regangan besar. Di sini, harus ditunjukkan bahwa untuk transistor nyata, kondisi aktual untuk mewujudkan transisi kontak Schottky-ke-Ohmik mungkin agak berbeda dengan hasil yang dihitung karena situasi aktual.
Ketinggian penghalang Schottky dari graphene-MoTe2 heterostruktur sebagai fungsi regangan. Area biru dan merah menunjukkan kontak Schottky sebagai p ketik dan n jenis, masing-masing. Area abu-abu menandai wilayah kontak Ohmic
Hasil di atas menunjukkan bahwa penerapan medan listrik eksternal dan regangan biaksial dalam bidang adalah metode yang efektif untuk mengontrol SBH dan jenis kontak graphene-MoTe2 heterostruktur, yang sangat diperlukan untuk merancang transistor efek medan berbasis heterostruktur 2D vdW. Selanjutnya, graphene-MoTe2 heterostruktur dapat diterapkan untuk dioda Schottky yang dapat disetel dalam perangkat nanoelektronik dan optoelektronik.
Kesimpulan
Singkatnya, struktur pita dari graphene-MoTe2 heterostruktur di bawah medan listrik yang berbeda dan regangan biaksial telah diselidiki secara sistematis berdasarkan perhitungan prinsip pertama. Struktur elektronik graphene dan MoTe2 terpelihara dengan baik setelah ditumpuk bersama di sepanjang arah vertikal, yang menunjukkan bahwa interaksi interlayer dari heterostruktur termasuk dalam tipe vdW. Namun, level Fermi bergerak menuju CBM MoTe2 lapisan setelah pembentukan heterostruktur, yaitu, kontak Schottky adalah n ketik dengan SBH 0,33 eV. SBH dan jenis kontak pada antarmuka heterostruktur dapat dimodulasi secara efektif dengan menerapkan medan listrik atau regangan eksternal. Ketika medan listrik diterapkan, di wilayah kontak Schottky, n tipe SBH menunjukkan hubungan linier kira-kira ke atas dengan medan listrik, dan p tipe SBH berperilaku terbalik. Heterostruktur dapat disetel ke kontak Ohmik untuk medan listrik yang lebih besar dari 1,0 V/nm di sisi positif dan negatif. Untuk kasus penerapan regangan biaksial, situasinya lebih kompleks daripada kasus medan listrik. Rentang regangan n tipe SBH jauh lebih lebar daripada p Tipe. Ketika regangan tarik mencapai 7% atau regangan tekan mencapai 10%, kontak Ohmic juga muncul. Semua hasil menunjukkan bahwa menerapkan medan listrik atau regangan adalah cara yang baik untuk mengontrol SBH serta jenis kontak heterostruktur, bahkan mendorong sistem ke kontak Ohmik. Fitur-fitur ini cukup signifikan untuk merancang perangkat nanoelektronik dan optoelektronik berkinerja tinggi.
Ketersediaan Data dan Materi
Kumpulan data yang mendukung kesimpulan artikel ini disertakan dalam artikel, dan informasi lebih lanjut tentang data dan materi dapat tersedia bagi pihak yang berkepentingan berdasarkan permintaan motivasi yang ditujukan kepada penulis terkait.
