二维半金属/硅异质结中肖特基势垒高度的准确高效预测

摘要

肖特基势垒高度(SBH)的准确预测对优化半金属/半导体异质结器件的性能至关重要。目前，二维半金属/半导体异质结构已在实验上得到广泛研究。然而，基于第一性原理的SBH预测通常需要在包含超过103个原子的超胞中求解从头算哈密顿量。计算复杂度的增加不仅导致效率极低，还限制了异质结器件的设计和优化。本研究采用密度泛函理论结合核心能级对准方法，将过渡金属二碲化物半金属/硅异质结的超胞尺寸减少了一个数量级，计算得到的SBH与实验结果一致。进一步研究了多种二维半金属化合物，结果表明候选材料的空穴SBH均低于电子SBH，此外，厚度效应在三到五层后变得可以忽略不计。本研究为复杂异质结构中SBH计算提供一种高效的计算框架，能够为高性能二维半金属异质结器件的优化设计提供理论依据。

关键词

肖特基势垒高度 / 半金属/硅异质结构 / 核心能级对准方法 / 第一性原理 / 晶格失配

基金资助

国家自然科学基金(12174380,11904359,62074021); 重庆市自然科学基金(CSTB2023NSCQ-LZX0087,cstc2020jcyj-msxmX0822)资助项目