PDF《层状二硫化钼研究进展》

2 MoS2 的基本性质 2.1 MoS2 的结构 MoS2 属于过渡族金属二硫化物 (TMDC) [2] , TMDC的化学形式为 MX2, 其中M 来自元素周期 表的IV族(Ti, Zr, Hf等)、 V族(V, Nb, Ta)和VI族(Mo, W等), 而X 代表S, Se, Te. 在二维的TMDC 中, 包括三种性质: 金属性、 半金属性和半导体性, 如图

1 所示. MoS2 就拥有半导体性, 二维的 MoS2 在光电子和纳电子器件的应用中有着巨大的潜力. ? 国家自然科学基金 (批准号: 61274113, 11204212, 61404091)、 教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号: NCET-11-1064)、 天津市 科技计划 (批准号: 13JCYBJC15700, 13JCZDJC26100, 14JCZDJC31500, 14JCQNJC00800) 和天津市高等学校科技发展基金 (批准号: 20100703, 20130701, 20130702) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: kailiang_zhang@163.com ?

2016 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 018102-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

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018102 图144 种MX2 化合物的金属性和 1T 型, 2H 型稳定性总结 [2] Fig. 1. Metallicity of

44 MX2 compounds and the stability of 1T and 2H [2]. 块状的 MoS2 是六方晶系的层状结构, 层和层 之间通过较弱的范德华力结合, 这种结构和范德 华力使得MoS2 和石墨烯一样可以通过机械剥离的 方法获得 [3] . 每一层 MoS2 分子由三层原子层组 成[4] , 如图

2 所示, 两层的硫原子层夹着一层钼原 子层的 三明治 夹心结构, 每一个钼原子周围分布 着6个硫原子, 每一个硫原子周围分布着

3 个钼原 子, 它们之间通过较强的共价键结合, 每一层MoS2 厚度约为 0.65 nm. MoS2 有三种晶体结构 [5] : 1T 型MoS2, 2H 型MoS2 和3R 型MoS2, 其中的 1T 型MoS2 是金属性, 而2H 型MoS2 是半导体性. 1T 型 结构特点: 新合成的 1T 型MoS2 是八面体配位, 单层MoS2 中钼原子也是八面体配位, 配位数为 6,

1 个钼原子构成一个晶胞. 2H 型结构特点: 钼原子 为三棱柱六配位,

2 个S―Mo―S 单位构成一个晶 胞. 3R 型结构特点: 钼原子为三棱柱六配位,

3 个S―Mo―S 单位构成一个晶胞. 只有 2H 型是稳定 图2MoS2 的三维结构图 [4] Fig. 2. Three-dimensional structure of MoS2 [4]. 态, 1H 和3R 是亚稳定态, 1T 型和 3R 型在加热退 火的情况下回转化成 2H 型[5,6] . 在大多数的块 状MoS2 的微机械剥离中使用 2H 型作为前驱物. 图3所示为MoS2 的三种晶体类型的示意图 [7] . 图3MoS2 的三种晶体类型 [7] Fig. 3. Three types of MoS2 [7]. 2.2 价带结构 图4是MoS2 在第一布里渊区的展开图 [8] , Γ 是布里渊区中心, 其他的高对称点是 H, K 和Λ. v1 和v2 是两条价带, c1 是导带. A 和B是直接跃 迁, I 是间接跃迁. E′ g 是间接带隙, Eg 是直接带隙. MoS2 的价带结构是随着 MoS2 的层数不同而变化 的, 从单层、多层到体材料都有禁带. 体材料的 MoS2 的带隙是 1.29 eV, 随着层数的逐渐减少, 带018102-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

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018102 隙逐渐变大, 单层的 MoS2 的带隙最大, 是1.8 eV. 而且除了单层 MoS2 是直接带隙, 电子跃迁是竖直 跃迁外, 双层到块........