一种研究单层二硫化钼带结构的新模型

近期，研究人员提出了一个分析带计算（analytical band calculation, ABC）模型来研究单层二硫化钼的带结构。对于二维（2D）材料来说，一个半导体层的厚度约为一个原子层的厚度。2D材料因其在未来晶体管制造过程中的潜在应用而获得关注。2020年国际器件和系统路线图（International Roadmap for Devices and Systems, IRDS）预测，到2028年，2D材料将成为通道材料技术和CMOS二维器件应用的最佳选择。

（图片来源：Cheng‑Hsien Yang/Journal of Computational Electronics）

2D材料，指的是原子层的厚度，是由每一层的原子相互作用形成的分层材料。范德华力作用于各层之间。与分子间的共价键相比，范德华力极小，各层容易剥离，这有助于用机械技术获得少层或单层的二维材料。常见的二维材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼、过渡金属二钙化物（TMD）和具有半导体特性的黑磷（BP）。

单层二硫化钼为紧密堆积的六边形结构。二硫化钼的一层是由钼原子和硫原子包装的ABA形式，厚度约为3.19埃。二硫化钼的单元格就像两个相连的三角形金字塔形式，上下两层的硫原子显示出六分之一的单元格，中心是一个钼原子。

使用一个新的紧凑的带状模型，具有更简单的计算步骤和更小的计算时间，可以分析和理解新材料的特性，以进一步应用于TCAD器件仿真和IRDS 2020中指出的二维器件的SPICE模型。

这项研究提出的ABC模型在带状结构计算上呈现出三重对称性，这符合FP模型的计算结果。以Ridley模型为边界条件的ABC模型比以Esseni模型为边界条件的ABC模型能更好地ft单层MoS2的FP带结构。

ABC模型可以被推广到n倍对称性，以适用于各种二维半导体材料。ABC模型有望与各种二维半导体材料的FP带结构计算结果相当好。最后，ABC模型可以进一步用于计算各种二维半导体材料的关键物理量，如载流子迁移率和弹道电流。

（图片来源：Cheng‑Hsien Yang/Journal of Computational Electronics）

这项题为“Band structure of molybdenum disulfide: from first principle to analytical band model”的研究已经发表在《Computational Electronics》杂志上（2022）。这项研究是由国立中兴大学的Cheng‑Hsien Yang, Yun‑Fang Chung, Yen‑Shuo Su, Kuan‑Ting Chen, Yi‑Sheng Huang和Shu‑Tong Chang等人展开。

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