新型层状A2B3硫属化合物的设计与性能研究(2)
3.2.5 纳米Bi2Te3薄片能带图、DOS、PDOS、反射谱 28
结 论 32
致 谢 33
参考文献34
1 绪论
1.1 层状材料简介
层状材料是一类目前研究较多的类型，层内原子以强共价键连接，层与层之间则是弱的范德瓦尔力。如图1.1，展示了典型的石墨层状块体结构。图中显示出三层结构，[001]晶向堆垛方式为ABAB......。主体层板间常引入不同的客体离子，扩大其应用范围。因其独特而新颖的结构，使大多层状材料具有优异的光学，磁学和电学性能，在热电、半导体、光学非线性、离子交换、催化、吸附等领域有着诱人的应用前景，激发了各国科研人员极大的研究兴趣。但由于层间由弱力结合，不可避免的造成了层状材料力学性能较差，易沿层间解离失效，在结构材料的应用方面有所限制。自然界存在很多天然层状材料，如云母、石墨、水滑石、蒙脱土（被赞为“万能材料”）等。本文研究的A2B3硫属化合物也以层状结构居多。
图1.1 层状材料结构
1.2 硫属化合物概述
广义上的硫属化合物指含有硫族元素的化合物，因其独特的成键特点和广泛的原料来源，越来越成为层状材料和二文薄膜研究方面的热点。经过各国工作者的努力，多种硫属化合物结构已从实验中合成，其中不乏优异的层状结构，丰富了人们对制备、结构、性质、使用性能四要素的认识。另外，可调控结构的研究也会给此类材料带来新的研究灵感。
1.2.1 分类
硫属化合物种类繁多，VIA族元素硫、硒、碲原子最外层电子排布为3s23p4,3d轨道虽然未被电子占据，但与其能级相近的3s、3p的电子会跃迁至3d参与成键，另外，3d轨道和3s、3p杂化后，增加能成键的轨道数[16]。因其独特的电子性质，硫属化合物种类远高于其它族元素。本节主要对其进行基本的分类。按族群分，可大致分为过渡族硫属化合物和主族硫属化合物。其中，以过渡族元素硫属化合物最为显著，研究最多。按组元分，可分为双组元和多组元硫属化合物。此外，在无机材料结构中引入有机基团，也大大丰富了硫属化合物的种类。
a.过渡金属硫属化合物
由于过渡族元素很多，过渡金属硫属化合物（TMD）组成了颇为庞大的体系。很多科研工作者投入其中，大量工作的汇总，对过渡金属硫属化合物的了解越来越深入。如下图1.2，总结了44种TMD的半导体特性及稳定性。其中4-7族的TMD主要为层状结构，8-10族多为非层状结构。鉴于与本课题的相关性，这里主要探讨层状过渡金属硫属化合物（LTMD)，以给本课题的结构设计启发性思考。LTMD层厚一般在6-7Å，层间由弱的范德瓦尔力结合，因此单层或多层的类石墨烯结构可以很容易从中获得。当前，多种纳米层片结构已从实验中获得。如MoS2、MoSe2、WSe2等，二文薄膜为直接带隙半导体，而其对应的层状块体硫属化合物为间接带隙半导体。而且LTMD二文薄膜甚至显现出许多优于石墨烯的性质，如单层MoS2带宽1.8eV，因其优异的光伏效应和较高的光电转换效率，成为制作高开关比，低静态功耗的场效应晶体管（FET)的理想材料，具有很高的研究意义[1-3]。
图1.2 44种TMD的半导体特性及稳定性总结
b.ⅢA-VA族硫属化合物
除了过渡族硫属化合物这一庞大体系外，主族元素如ⅢA族元素镓、铟（其中GaAs已经是研究的比较透彻的直接带隙半导体），ⅣA族元素锗、锡，VA族元素砷、锑、铋的层状硫属化合物的研究也逐渐引起人们的重视。目前也有一些课题组成功设计出其层状块体，并从中剥离出纳米层片。有些结构的性质甚至优于过渡金属硫属化合物，这也是其成为本课题研究对象的原因。