一種研究單層二硫化鉬帶結構的新模型

近期，研究人員提出了一個分析帶計算（analytical band calculation, ABC）模型來研究單層二硫化鉬的帶結構。對於二維（2D）材料來說，一個半導體層的厚度約為一個原子層的厚度。2D材料因其在未來電晶體製造過程中的潛在應用而獲得關注。2020年國際器件和系統路線圖（International Roadmap for Devices and Systems, IRDS）預測，到2028年，2D材料將成為通道材料技術和CMOS二維器件應用的最佳選擇。

2D材料，指的是原子層的厚度，是由每一層的原子相互作用形成的分層材料。范德華力作用於各層之間。與分子間的共價鍵相比，范德華力極小，各層容易剝離，這有助於用機械技術獲得少層或單層的二維材料。常見的二維材料包括石墨烯、矽烯、六方氮化硼、過渡金屬二鈣化物（TMD）和具有半導體特性的黑磷（BP）。

單層二硫化鉬為緊密堆積的六邊形結構。二硫化鉬的一層是由鉬原子和硫原子包裝的ABA形式，厚度約為3.19埃。二硫化鉬的儲存格就像兩個相連的三角形金字塔形式，上下兩層的硫原子顯示出六分之一的儲存格，中心是一個鉬原子。

使用一個新的緊湊的帶狀模型，具有更簡單的計算步驟和更小的計算時間，可以分析和理解新材料的特性，以進一步應用於TCAD器件模擬和IRDS 2020中指出的二維器件的SPICE模型。

這項研究提出的ABC模型在帶狀結構計算上呈現出三重對稱性，這符合FP模型的計算結果。以Ridley模型為邊界條件的ABC模型比以Esseni模型為邊界條件的ABC模型能更好地ft單層MoS2的FP帶結構。

ABC模型可以被推廣到n倍對稱性，以適用於各種二維半導體材料。ABC模型有望與各種二維半導體材料的FP帶結構計算結果相當好。最後，ABC模型可以進一步用於計算各種二維半導體材料的關鍵物理量，如載流子遷移率和彈道電流。

（圖片來源：Cheng‑Hsien Yang/Journal of Computational Electronics）

這項題為“Band structure of molybdenum disulfide: from first principle to analytical band model”的研究已經發表在《Computational Electronics》雜誌上（2022）。這項研究是由國立中興大學的Cheng‑Hsien Yang, Yun‑Fang Chung, Yen‑Shuo Su, Kuan‑Ting Chen, Yi‑Sheng Huang和Shu‑Tong Chang等人展開。

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