MoS2中带电点缺陷性能的理论研究

（湖南工业大学 理学院，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

二维（2D）半导体材料因具有独特的物理化学性质，是未来电子学和光电子学材料的有力候选者[1-8]。但是，通过杂质或缺陷的引入使材料在工作温度下产生足够多的自由载流子是半导体器件材料的重要先决条件之一。因此，二维半导体材料能否作为电子和光电器件材料的关键取决于其掺杂性能[1-4]，这就要求从根本上了解其掺杂和缺陷的性质。

可掺杂性（为了在工作温度下显著产生超过一定浓度的载流子而引入的缺陷或杂质）是半导体材料在电子器件和光电器件中应用的关键。在物理学上，用缺陷离化能（ionized energy，IE）表示材料的掺杂性能特征。离化能是一个缺陷或者杂质释放电子或者产生空穴所需要的能量。带电缺陷的离化能可以通过分析材料的吸收谱、温度依赖的电导率等实验数据获得[9-10]，也可以直接通过理论计算获得。即通过构建超原胞，在周期性边界条件下基于密度泛函理论计算，可以获得杂质的离化能。在过去的20 多年里，第一性原理计算已经被广泛地应用于掺杂体系中杂质离化能的预测。

传统方法中常采用凝胶模型（jellium model，JM）计算带电缺陷体系。在JM 里，一个超原胞里包含一个带电的缺陷。通过减少（增加）体系的电子数目来模拟这个缺陷释放（捕获）电子。为了保证计算体系的电中性，即核电数目与电子数目相等，以及消除由于周期性边界条件引起的静电势能，在计算过程中加入了一个均匀的背景电荷[11]。……