عنوان پایان‌نامه
محاسبه قابلیت تحرک الکترون در ساختار چند لایه مولیبدن دی سولفاید
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2965;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75426;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2965;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75426
- تاریخ دفاع
- ۲۶ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- شیما رجبعلی
- استاد راهنما
- سیدشمس ا لدین مهاجرزاده, مهدی پور فتح
- چکیده
- امروزه مواد دو بعدی با ضخامت در حد اتمی و قابلیت تحرک پیش بینی شده بسیار بالا، به عنوان گزینه های مناسب برای رفع مشکلات کوچک سازی افزاره های کانال کوتاه معرفی می شوند. مولیبدن دی سولفاید(MoS2) یکی از معروف ترین و موردتوجه ترین مواد در دسته فلزات واسط و کالکوژن ها (TMDها) می باشد که ساختاری شبیه به گرافن (لانه زنبوری) دارند. شکاف انرژی مستقیم (با اندازه ای در حدود شکاف انرژی سیلیکون) مولیبدن دی سولفاید تک لایه در کنار کاربردهای قابل توجه ساختارهای تک و چندلایه آن در نانوالکترونیک، اپتوالکترونیک و افزاره های ارتجاعی، این ماده نیمه رسانا را به سرعت به حوزه ای جذاب برای پژوهشگران تبدیل نموده است. ویژگی های الکترونیکی ساختار تک لایه مولیبدن دی سولفاید در مقالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. لیکن ساختار چندلایه آن با وجود مراحل ساخت کم هزینه تر و بهینه تر، دارای زمینه های تحقیقاتی بررسی نشده بسیاری چه به صورت تئوری و چه عملی می باشد. در این پژوهش، به مطالعه تئوری قابلیت تحرک محدود شده حامل ها توسط فونون و ناخالصی در ساختارهای چندلایه پرداخته ایم. بدین منظور، ابتدا ساختار باند انرژی را به روش نظریه تابع چگالی(DFT) به دست آورده و پس از استخراج پارامترهایی نظیر جرم موثر، جهت گیری دره ها، ضریب غیرسهموی و تابع موج و قرار دادن آن ها در معادله انتقال بولتزمن(BTE) خطی شده در حضور میدان ضعیف، قابلیت تحرک محاسبه شده است. مشاهده کردیم که با افزایش تعداد لایه ها، از تک لایه به دو لایه، به دلیل تغییر دره کمینه در باند هدایت، قابلیت تحرک کاهش یافته و سپس در لایه های بالاتر، با افزایش ضخامت و کاهش ضریب غیرسهموی دره کمینه، این کمیت افزایش می یابد. لازم به ذکر است که این روند در تعداد لایه های بیشتر (ضخامت های بالاتر از 5 نانومتر) که مقاومت های بین لایه ای اثر غالبی دارند صادق نیست. واژه‌های کلیدی: قابلیت تحرک، فلزات واسط و کالکوژن ها، مولیبدن دی سولفاید چند لایه، نظریه تابعی چگالی، معادله انتقال بولتزمن خطی شده، سیستا.
- Abstract
- Nowadays, two-dimensional materials with atomic-level thickness and high predicted mobility are introduced as a proper option for solving the miniaturization issues of short channel devices. Molybdenum disulfide (MoS2¬) with a graphene-like structure (honeycomb) is one of the most famous and impressive material among transitional metal dichalcogenides (TMDs). The direct energy bandgap of monolayer MoS¬2(around the size of the bandgap in Silicon), next to notable application of its mono- and few-layer structures in Nanoelectronics, Optoelectronics, and flexible devices, quickly made this semiconductor material an attractive topic for researchers. Electronic properties of single-layer MoS2 have been studied in various articles. But multilayer structures, in spite of less costly and more efficient fabrication processes, still have many unexamined theoretical and experimental areas. In this work, a theoretical study has been done on phonon and impurity limited mobility of these structures. For this purpose, first, the energy band structure has been obtained using density functional theory (DFT) method. After extracting parameters such as effective mass, valley orientation, non-parabolicity factor, and wave function and putting them in linearized Boltzmann transport equation (BTE) in the presence of weak electric field, the mobility has been calculated. It has been observed with increasing the number of layers, from single-layer to bilayer, mobility reduces due to changes in the minimum valley in the conduction band. Furthermore, for more layers, it raises because of the thickness increment and the non-parabolicity factor reduction of the minimum valley. It worth mentioning that this trend is not valid for the higher number of layers (thickness greater than 5 nm), when interlayer resistances dominate. Keywords: mobility, transitional metal decalcogenide, few-layer Molybdenum disulfide, density functional theory, linearized Boltzmann transport equation, Siesta.
