가장자리 패시베이션을 통한 α-보로핀 나노리본 헤테로접합의 정류 특성 향상

초록

본 연구에서는 α-보로핀 나노리본 기반의 평면 모델 헤테로접합을 제안하고 그 전자 수송 특성을 연구합니다. 각각 두 개의 지그재그 가장자리 α-보로핀 나노리본(Z αBNR)으로 구성된 세 가지 유형의 헤테로접합을 고려합니다. 하나는 수소 원자(1H-Z αBNR)로 패시베이션되었거나 패시베이션되지 않은 금속성이고, 다른 하나는 두 개의 수소 원자(2H-Z αBNR) 또는 단일 질소 원자(N-Z αBNR)로 가장자리가 패시베이션된 반도체성입니다. 제1원리 계산과 비평형 그린 함수를 결합하여 접합의 정류 성능이 접합의 원자 구조적 세부 사항에 강하게 의존함을 관찰했습니다. 구체적으로, 왼쪽 금속성 리본이 ZBNR에서 1H-Z αBNR로 변할 때 접합의 정류비는 거의 변하지 않습니다. 그러나 오른쪽 반도체 리본이 2H-Z αBNR에서 N-Z αBNR로 변할 때 정류비는 120에서 240으로 증가합니다. 이 정류 효과는 접합의 두 부분 간 전자 밴드의 매칭 정도에 의해 미시적으로 설명될 수 있습니다. 우리의 발견은 보로핀 기반 헤테로접합이 정류 나노소자에 잠재적 응용이 있을 수 있음을 시사합니다.

서론

지난 수십 년 동안 그래핀[1,2], 실리신[3,4], 전이금속 디칼코게나이드(TMD)[5,6], 인산염[7,8] 등 수많은 2차원(2D) 물질이 독특한 특성으로 인해 광범위하게 연구되어 왔습니다. 특히 이들 2D 물질은 거대 자기저항(GMR)[9,10], 음의 차등 저항(NDR)[11,12], 스핀 필터링[13,14], 정류[15,16] 등 흥미로운 전자 수송 거동을 보여 나노스케일 전자 소자 응용 가능성이 있습니다. 최근 연구들은 2D 물질이 나노스케일 열전 소자에도 광범위한 응용 전망이 있음을 보여주었습니다[17-20]. 이후 2D 물질 기반 측면 헤테로접합 연구가 중요한 주제가 되었으며, 일부 이론 연구는 측면 헤테로접합이 전계 효과 트랜지스터와 상보성 금속 산화물 반도체 기술에 잠재적 응용이 있음을 보였습니다[21,22]. 또한 원자 두께의 측면 헤테로접합이 이미 실험적으로 제조되었습니다[23,24]. 이러한 성과는 더 적합한 2D 물질로 만들어진 측면 헤테로접합을 추가로 탐구하려는 노력을 자극했습니다.

최근 그래핀과 실리신에 이어 보로핀 단일층도 광범위한 관심을 받고 있습니다[25-28]. 이론 연구들은 단일층 보론 시트가 금속 기판상에서 안정적으로 존재할 수 있음을 예측했으며, 이는 후속 관찰로 확인되었습니다[29,30]. 지금까지 Ag(111) 기판 상 에피택셜 성장을 통해 β₁₂-, χ₃-, δ₆-보로핀 및 벌집 보로핀 등 여러 2D 보론 구조가 얻어졌습니다[31-34]. 이론 연구들은 육각 구멍 도입으로 보론 시트의 안정성을 높일 수 있음을 지적했습니다[35]. DFT 계산에 따르면 '육각 구멍 밀도'(η)가 1/9인 보로핀, 즉 α-보로핀[35,36]이 에너지 면에서 유리합니다. 또한 지그재그 가장자리 α-보로핀 나노리본(Z αBNR)은 다양한 가장자리 수정을 통해 금속성 또는 반도체성 거동을 나타냅니다[37]. 따라서 전자 구조, 기계적 및 열적 특성에 대한 많은 연구가 수행되었음에도 불구하고[25-28], 보로핀 나노구조의 전자 수송 특성은 추가 탐구가 필요합니다.

본 연구에서는 지그재그 가장자리 Z αBNR로 만들어진 헤테로접합의 수송 특성을 조사합니다. 세 가지 평면 금속-반도체 측면 접합 모델을 구축합니다. 모든 접합이 왼쪽과 오른쪽의 비대칭성과 산란 영역 내 계면의 존재로 인해 저전압 영역에서 정류 거동을 보임을 발견했습니다. 또한 접합의 정류 효과는 접합의 반도체 부분에 있는 원시 세포 수의 증가와 함께 현저해집니다. 접합의 수송 특성은 오른쪽 부분 반도체 나노리본에 강하게 의존합니다. 이 현상은 반도체 부분의 페르미 준위 근처 밴드 갭에 기인할 수 있습니다. 밴드 갭이 증가함에 따라 접합을 통과하는 전자의 확률이 작아져 접합의 전류가 감소하고 정류비가 증가합니다. 특히 접합 M10N의 정류율은 약 240에 도달할 수 있으며, 이는 그래핀을 전극으로 한 이전에 연구된 헤테로접합과 비교 가능하여 정류 소자 응용 잠재력을 나타냅니다[38]. 본 논문의 구성은 다음과 같습니다. '모델 및 계산 방법' 섹션에서 계산 세부사항을 설명합니다. '결과 및 논의' 섹션에서 제안된 접합의 수송 특성을 제시합니다. 마지막으로 '결론' 섹션에서 결과를 요약합니다.

모델 및 계산 방법

그림 1 상단에 가장 바깥쪽 가장자리 정상 원자의 수정 여부에 따른 Z αBNR의 단위 세포가 표시되어 있습니다. (a) 패시베이션되지 않은 Z αBNR, (b-d) 단위 세포의 가장 바깥쪽 가장자리 보론 원자가 수소 원자 1개(H), 수소 원자 2개, 질소(N) 원자로 대체되어 패시베이션된 경우로 각각 1H-Z αBNR, 2H-Z αBNR, N-Z αBNR이라 명명합니다. 이에 해당하는 전자 에너지 분산도는 그림 1 하단에 표시되어 있으며, 이를 통해 리본들의 밴드 구조 차이를 확인할 수 있습니다. 그림 1a에서 본질적인 원시 Z αBNR의 여러 밴드가 페르미 준위(E_F)를 가로지르며 금속적 특성을 보입니다. 1H-Z αBNR의 경우 부분적인 댕글링 결합이 H 원자로 포화되어 페르미 준위 근처 밴드 수가 비패시베이션 경우보다 적으며 금속 거동을 보입니다. 그러나 2H-Z αBNR의 경우 가장자리의 댕글링 결합이 두 개의 H 원자로 포화되어 페르미 준위가 결합 및 반결합 밴드 사이의 갭으로 이동합니다. 따라서 2H-Z αBNR은 Γ-포인트에서 0.43 eV 직접 밴드 갭을 가진 반도체입니다(그림 1c). 여기서 H-패시베이션 리본의 밴드 구조 결과가 이전 수치 계산[37]과 잘 일치함을 언급합니다. 또한 그림 1d에 표시된 N-Z αBNR의 밴드 구조는 1.0 eV 간접 밴드 갭을 가진 반도체임을 나타냅니다. 이는 가장자리에서 B 원자 위치를 N 원자로 대체함으로써 결합 오비탈을 채울 충분한 전자가 공급되기 때문일 수 있습니다.

고려된 Z αBNR의 단위 세포 구조(상단) 및 밴드 구조(하단): a 비패시베이션 Z αBNR, b 1H-Z αBNR, c 2H-Z αBNR, d N-Z αBNR. 페르미 준위는 0으로 설정되며, 분홍색, 자홍색, 흰색 구는 각각 보론, 질소, 수소 원자를 나타냅니다.

위에서 언급한 Z αBNRs를 기반으로 세 가지 금속/반도체 측면 헤테로접합 모델을 구축합니다. 각 모델 접합은 왼쪽 전극, 오른쪽 전극, 중앙 산란 영역의 세 부분으로 나뉩니다. 접합의 기하 구조는 그림 2에 표시되어 있으며, 왼쪽 전극은 항상 반무한 길이의 비패시베이션 Z αBNR 또는 1H-Z αBNR이고, 오른쪽 전극은 반도체성 2H-Z αBNR 또는 N-Z αBNR입니다. 특히 세 접합의 중앙 산란 영역은 각각 Z αBNR 단위 세포와 n(n=1,2,5,8,10) 개의 2H-Z αBNR 단위 세포, 1H-Z αBNR과 n 개의 2H-Z αBNR 세포, Z αBNR 세포와 n 개의 N-Z αBNR 세포로 결합되어 있습니다. 이에 따라 M_nH, M'_nH, M_nN 접합이라 명명하며 그림 2a-c에 각각 표시됩니다. 그림 2는 n=1인 모델의 개략도만 보여주며 공간 절약을 위해 다른 n 경우는 생략했습니다.

제안된 세 가지 모델 접합의 기하 구조. a M_nH, b M'_nH, c M_nN. n은 중앙 산란 영역 내 반도체 부분의 단위 세포 수를 나타냅니다. 큰 파란색 점선 프레임은 중앙 산란 영역을 나타내며 작은 프레임은 단위 세포를 나타냅니다.

계산은 DFT와 켈디시 비평형 그린 함수(NEGF)[39-41]를 결합한 Atomistix ToolKit(ATK), QuantumWise A/S 소프트웨어 패키지(www.quantumwise.com)를 사용하여 수행되었습니다. 일반화 기울기 근사(GGA) 하에서 Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE) 함수를 교환-상관 포텐셜로 사용했습니다. 브릴루앙 영역(BZ)은 1×1×100 Monkhorst-Pack k-메시로 샘플링했고, 컷오프 에너지는 150 Ry로 설정했습니다. 모든 헤테로접합의 기하 구조는 각 원자에 작용하는 힘의 절댓값이 0.01 eV Å⁻¹ 미만이 될 때까지 완화했습니다. 주기적 이미지 간 상호작용을 피하기 위해 슈퍼셀은 최소 15 Å 두께의 진공층을 가집니다.

바이어스 전압 V 하에서 헤테로접합을 통과하는 전류는 란다우어-뷔티커 공식[42,43]으로 계산합니다:

$$ I(V) = \frac{2e}{h} \int T(E,V) \left[ f_L(E,V) - f_R(E,V) \right] dE $$

여기서 h, e, V는 각각 플랑크 상수, 기본 전하, 바이어스 전압이고, f_L/R(E,V)는 왼쪽/오른쪽 전극의 페르미-디랙 분포 함수입니다. 투과 계수는 다음과 같이 계산합니다:

$$ T(E,V) = Tr \left[ \Gamma_L(E,V) G(E,V) \Gamma_R(E,V) G^\dagger(E,V) \right] $$

여기서 G(E,V)와 G^†(E,V)는 각각 지연 및 진전 그린 함수이고, Γ_L(Γ_R)은 중앙 산란 영역과 왼쪽(오른쪽) 전극 간 결합 행렬입니다.

결과 및 논의

-1.0 V에서 1.0 V 바이어스 범위 내 세 가지 헤테로접합 M_nH, M'_nH, M_nN의 계산된 전류-전압(I-V) 곡선이 그림 3a-c에 각각 표시되어 있습니다. 이 I-V 곡선에서 양의 바이어스 증가에 따라 세 유형 접합 모두에서 전류가 급격히 증가함을 명확히 볼 수 있습니다. 그러나 음의 바이어스 증가에 따라 접합을 통과하는 전류는 더 느리게 증가합니다. I-V 곡선은 전체 바이어스 범위에서 명백한 비대칭 특성을 가지며, 이는 접합이 바이어스 범위 내에서 정류 거동을 가짐을 의미합니다. 헤테로접합의 정류 효과는 주로 왼쪽과 오른쪽의 다른 나노리본 비대칭성과 중앙 산란 영역 내 계면 형성에 의해 발생합니다. 정류 거동의 강도를 평가하기 위해 I-V 곡선 데이터를 사용하여 정류비(RR)를 계산했습니다. RR(V) = |I(+V)|/|I(-V)|로 정의되며, I(±V)는 양/음 바이어스 하 전류를 나타냅니다. 0.1V-0.5V 바이어스 범위 내 세 유형 접합 M_nH, M'_nH, M_nN의 계산된 RR이 그림 3d-f에 각각 표시되어 있습니다. M_nH 유형에서 M1H의 RR은 0.2V에서 3에 불과하지만 M10H는 같은 바이어스에서 115에 도달합니다. 마찬가지로 M'_nH 유형에서 0.2V 바이어스 시 M'_1H의 RR은 3이고 M'_10H는 90까지 도달합니다. 또한 M_nN 유형에서 M1N의 RR은 0.3V에서 2인 반면 M10N은 240까지 도달합니다. 또한 그림 3을 자세히 관찰하면 접합의 반도체 부분 크기를 변경하여 전류 크기와 RR을 제어할 수 있음을 알 수 있습니다. 구체적으로, 반도체 부분의 원시 세포 수가 증가함에 따라 접합의 전류는 감소하고 RR은 현저히 증가합니다. 헤테로접합의 오른쪽이 밴드 갭을 가진 반도체 나노리본이므로, 반도체 길이가 증가함에 따라 전자 터널링 확률이 지수적으로 감소합니다. 결과적으로 M_nH, M'_nH, M_nN 헤테로접합에서 n이 증가함에 따라 RR이 크게 증가합니다. 이 결과는 다른 2D 물질 기반 헤테로접합에 대한 이전 연구들과 잘 일치합니다[44-46].

세 유형 헤테로접합의 I-V 특성 및 정류비. a-c는 각각 M_nH, M'_nH, M_nN(n=1,2,5,8,10) 접합의 I-V 곡선(-1,1)V 바이어스 범위. c의 삽입도는 M_nN의 확대된 I-V 곡선. d-f I-V 데이터로부터 계산된 해당 정류비.

그림 3에 표시된 세 유형 헤테로접합의 I-V 곡선과 RR을 비교하면, M_nH와 M'_nH의 I-V 곡선과 RR은 유사한 경향을 보이지만 M_nN은 현저히 다릅니다. 세 유형 접합의 수송 특성 차이를 설명하기 위해 영 바이어스 하 투과 스펙트럼을 계산했으며 그림 4에 표시했습니다. 여기서 왼쪽 및 오른쪽 전극의 밴드 구조도 함께 표시됩니다. 이 투과 스펙트럼에서 모든 접합이 페르미 준위 근처에 투과 갭을 가짐을 볼 수 있으며, 자홍색 점선으로 갭 위치를 표시했습니다. 투과 갭 존재의 이유는 오른쪽 전극의 에너지 밴드 구조가 페르미 준위 근처에 갭을 가지기 때문입니다. 따라서 왼쪽과 오른쪽 전극의 밴드 구조가 매칭되지 않아 수송 채널이 닫히고 왼쪽 전극의 전자가 오른쪽 전극에 도달할 수 없습니다. 이는 저전압에서 약한 전류의 물리적 기원입니다. 또한 그림 4a,b와 4a,c 비교에서 M_nH와 M'_nH의 영 바이어스 투과 스펙트럼은 유사한 경향을 보이지만 M_nH와 M_nN은 상당히 다릅니다. 이는 페르미 준위 근처 왼쪽과 오른쪽 전극 밴드 구조의 매칭 정도에 의해 결정됩니다. M'_nH 접합의 왼쪽 금속성 나노리본이 M_nH에 비해 Z αBNR에서 1H-Z αBNR로 변경되었습니다. 페르미 준위 근처 왼쪽과 오른쪽 전극 간 매칭 정도는 거의 변하지 않습니다. 그러나 M_nN의 경우 오른쪽 반도체 나노리본이 M_nH에 비해 2H-Z αBNR에서 N-Z αBNR로 변경되었습니다. 밴드 갭이 0.43 eV에서 1.0 eV로 증가하여 페르미 준위 근처 왼쪽과 오른쪽 전극 간 매칭 정도가 감소합니다. 따라서 M_nH와 M'_nH의 수송 특성은 거의 동일하지만 M_nH와 M_nN은 분명히 다릅니다. 이 결과는 왼쪽 금속성 나노리본 변경이 접합 수송 특성에 미미한 영향을 미치는 반면, 오른쪽 반도체 나노리본 변경은 큰 영향을 미침을 나타냅니다.

왼쪽 및 오른쪽 전극의 밴드 구조(페르미 준위 0, 자홍색 점선은 오른쪽 반도체 전극의 밴드 갭 표시). 영 바이어스 투과 스펙트럼: a M_nH, b M'_nH, c M_nN (n=1 적색 점선, 5 청색 점선, 10 녹색 실선)

헤테로접합의 정류 거동 세부사항을 더 이해하기 위해 특정 바이어스에서의 투과 스펙트럼을 계산했습니다(그림 5). 위/아래 부분은 양/음 바이어스 하 투과 스펙트럼을 보여줍니다. 란다우어-뷔티커 공식에 따라 접합의 전류는 바이어스 윈도우 내 투과 스펙트럼 적분 면적과 직접 관련됩니다[47-49]. 그림 5의 투과 스펙트럼에서 세 유형 모델 모두 공통적인 경향을 보입니다. 바이어스 윈도우 내 투과 스펙트럼 적분 면적은 반도체 부분의 원시 세포 수 증가에 따라 감소합니다. 이것이 반도체 부분 세포 수 증가에 따라 헤테로접합 전류가 감소하는 이유입니다(그림 3 참조). 그림 5a는 ±0.3V에서 M_nH 헤테로접합 투과 스펙트럼을 보여줍니다. M1H에서 0.3V 바이어스 윈도우 내 투과 스펙트럼 적분 면적은 -0.3V보다 약간 큽니다. 따라서 0.3V 전류는 -0.3V보다 약간 높고 0.3V 바이어스에서 RR은 3에 불과합니다. 그러나 M5H와 M10H에서는 양 바이어스 하 바이어스 윈도우 내 적분 면적이 음 바이어스 하보다 현저히 큽니다. 이로 인해 M5H와 M10H의 양 바이어스 전류가 음 바이어스보다 커지며 RR이 M1H보다 훨씬 큽니다. 그림 5b는 ±0.3V에서 M'_nH 투과 스펙트럼을 보여줍니다. 바이어스 윈도우 내 M'_nH 투과 스펙트럼은 M_nH와 거의 동일합니다. 따라서 같은 바이어스 전압에서 M'_nH와 M_nH의 전류와 RR은 거의 같습니다(그림 3b,e 참조). 그림 5c는 ±0.9V에서 M_nN 투과 스펙트럼을 보여줍니다. 바이어스 윈도우 내 투과 계수가 너무 작아 바이어스 윈도우 내 투과 스펙트럼을 확대하여 그림 5c 오른쪽 아래에 삽입도로 첨부했습니다. M1N 투과 스펙트럼 경향은 M1H와 M'_1H와 유사하므로 M1N RR도 작습니다. M5N과 M10N에서는 양 바이어스 하 바이어스 윈도우 내 적분 면적이 음 바이어스 하보다 훨씬 큽니다. 따라서 M1N에 비해 이 I-V 곡선의 비대칭 특성이 더 뚜렷하여 큰 정류비를 가짐을 의미합니다. 주목할 점은 M10N의 RR이 240에 도달할 수 있으며 세 유형 헤테로접합 중 최고라는 점입니다.

헤테로접합 투과 스펙트럼: a M_nH ±0.3V, b M'_nH ±0.3V, c M_nN ±0.9V (n 선택은 그림 4와 동일한 선 색상). 각 그림에서 상/하단은 양/음 바이어스 투과. 두 수직 자홍색 실선은 바이어스 윈도우 표시. 그림 5c 삽입도는 바이어스 윈도우 내 투과 스펙트럼 확대.

그림 5의 투과 스펙트럼을 더 직관적으로 설명하기 위해 M5H와 M'_5H의 V=0.3V, E=-0.15eV 및 V=-0.3V, E=0.15eV에서 투과 고유상태를 그림 6a,b에 표시했습니다. M5N의 V=0.9V, E=-0.45eV 및 V=-0.9V, E=0.45eV 투과 고유상태는 그림 6c에 표시했습니다[15,16,49]. 투과 고유상태 분석은 전파 블로흐 상태의 선형 결합 Σ_m C_{a,m}ψ_m으로 얻을 수 있습니다. C_{a,m}은 투과 행렬 대각화로부터 도출할 수 있습니다: Σ_n T_{mn}C_{a,n} = λ_a C_{a,m}, 여기서 λ_a는 투과 고윳값입니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 모든 헤테로접합에서 음 바이어스 하 투과 고유상태는 금속 부분(비패시베이션 Z αBNR 및 1H-Z αBNR)에 위치합니다. 양 바이어스에서는 투과 고유상태가 주로 왼쪽 부분에 국한되지만 헤테로접합에서 전도 채널을 형성합니다. 따라서 전자가 왼쪽 전극에서 오른쪽 전극으로 이동할 수 있습니다. 결과적으로 바이어스 윈도우 내 양 바이어스 투과 계수가 음 바이어스보다 큽니다. 그림 6a와 b 비교에서 M'_5H와 M5H 투과 고유상태는 약간만 다릅니다. 따라서 M'_5H와 M5H 헤테로접합은 바이어스 윈도우 내 거의 동일한 투과 계수를 가집니다. 또한 M5N의 경우 반도체 부분 밴드 갭 증가로 헤테로접합에서 더 극적인 전자 산란이 발생합니다. 따라서 투과 고유상태 일부만 오른쪽로 전달될 수 있습니다. 이로 인해 바이어스 윈도우 내 M_nN 투과 계수는 다른 두 유형 헤테로접합보다 작습니다. 동시에 같은 바이어스에서 M_nN 전류는 세 유형 헤테로접합 중 가장 작습니다.

헤테로접합 투과 고유상태: a M5H -0.3V, E=0.15eV(상단) 및 0.3V, E=-0.15eV(하단), b M'_5H -0.3V, E=0.15eV 및 0.3V, E=-0.15eV, c M5N -0.9V, E=0.45eV 및 0.9V, E=-0.45eV. 모든 고유상태의 등값은 0.2 Å⁻³eV⁻¹로 고정.

마지막으로 왼쪽 및 오른쪽 나노리본이 헤테로접합 수송 특성에 미치는 영향을 추가 탐구하기 위해 그림 7에 세 유형 헤테로접합의 투영 상태 밀도(PDOS)를 표시했습니다. 그림 7a에서 M1H, M5H, M10H 접합의 왼쪽 전극(비패시베이션 Z αBNR)에 기여한 PDOS 스펙트럼이 페르미 준위 근처에서 겹침을 볼 수 있습니다. 이는 왼쪽 전극 기여 PDOS가 중앙 산란 영역 내 반도체 나노리본(2H-Z αBNR) 확장에 거의 영향을 받지 않음을 나타냅니다. 그러나 오른쪽 전극(2H-Z αBNR) 기여 PDOS 스펙트럼은 페르미 준위 근처에 갭을 가집니다. 이는 오른쪽 전극의 페르미 준위 근처 밴드 갭에 기인합니다[그림 3c 참조]. 중간 산란 영역 2H-Z αBNR 확장의 영향으로 M1H, M5H, M10H 접합의 오른쪽 전극 기여 PDOS 스펙트럼은 밴드 갭 외 에너지 영역에서 서로 크게 다릅니다. M'_nH와 M_nH 두 전극에 본질적 차이가 없어 오른쪽 전극은 동일하고 왼쪽 전극은 금속성 리본이므로, M'_nH와 M_nH PDOS는 페르미 준위 근처에서 거의 동일합니다(그림 7a,b). 이는 M_nH와 M'_nH의 투과 스펙트럼, I-V 곡선, RR이 저전압에서 유사한 이유 중 하나입니다(그림 3,5 참조). 그림 7c에는 M_nN PDOS를 표시했습니다. 헤테로접합 반도체 부분 밴드 갭 증가로 왼쪽 전극의 투과 특성 영향이 작아집니다. 따라서 PDOS가 페르미 준위 근처 더 넓은 에너지 범위에서 겹칩니다. 오른쪽 전극 기여 PDOS 스펙트럼은 (-0.5, 0.5)eV 에너지 범위에 갭이 존재하며, 이는 N-ZBNR 밴드 구조의 갭 위치와 일치합니다. PDOS로부터 왼쪽 금속 전극은 중간 산란 영역 수송 특성에 미미한 영향을 미치는 반면, 오른쪽 반도체 전극이 중간 산란 영역 수송 특성에 결정적임을 결론지을 수 있습니다.

세 유형 헤테로접합의 투영 상태 밀도(PDOS): 왼쪽 비패시베이션 ZBNR 전극(상단) 및 오른쪽 전극(1H-Z αBNR, 2H-ZBNR, N-Z αBNR)(하단). a M_nH, b M'_nH, c M_nN (n 선택은 그림 5와 동일한 선 색상)

결론

요약하자면, α-보로핀 기반 세 유형 헤테로접합의 수송 특성을 연구했습니다. 세 유형 헤테로접합 모두 정류 거동을 보이며, 그중 Z αBNR/N-Z αBNR 헤테로접합의 정류비는 최대 240에 도달합니다. 또한 중앙 반도체 부분의 단위 세포 수 증가에 따라 정류 효과가 더 뚜렷해집니다. 양/음 바이어스 하 투과 스펙트럼과 고유상태 분석을 통해 정류 거동의 기원을 밝히고 논의했습니다. 헤테로접합의 정류 거동은 반도체 부분 나노리본의 밴드 갭 값에 강하게 의존합니다. 이 결론은 왼쪽 및 오른쪽 전극 기여 PDOS 분석으로 추가 확인되었습니다. 우리의 결과는 정류 전자 소자 설계에 새로운 방향을 제시합니다.

데이터 및 자료 가용성

나노접합 설계와 계산은 ATK로 수행되었습니다.

약어

2D:

이차원

TMD:

전이금속 디칼코게나이드

GMR:

거대 자기저항

NDR:

음의 차등 저항

DFT:

밀도 함수 이론

Z αBNR:

지그재그 가장자리 α-보로핀 나노리본

H:

수소 원자

N:

질소 원자

1H-Z αBNR:

수소 원자 1개로 가장자리 패시베이션된 Z αBNR

2H-Z αBNR:

수소 원자 2개로 가장자리 패시베이션된 Z αBNR

N-Z αBNR:

가장자리 보론 원자가 질소 원자로 대체된 Z αBNR

E_F:

페르미 준위

ATK:

Atomistix ToolKit

NEGF:

켈디시 비평형 그린 함수

PBE:

Perdew-Burke-Ernzerhof

GGA:

일반화 기울기 근사

BZ:

브릴루앙 영역

I-V 곡선:

전류-전압 곡선

RR:

정류비

PDOS:

투영 상태 밀도