تحلیل و شبیه سازی ترابرد در نانو ساختارهای تک لایه های TiS3

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

2 گروه ماده چگال، دانشکده، فیزیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، تهران

3 گروه مهندسی مخابرات و الکترونیک، دانشکده مهندس برق و کامپیوتر، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان

چکیده

با کمک روش تابعی چگالی همراه با روش نامتعادل تابع گرین، ترابرد در نانوساختارهای تک لایهTiS3مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، 13 یاخته ساختار به عنوان کانال در اتصال با الکترودهای طلا، به عنوان اتصالات الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور شبیه­سازی صحیح اربیتال های d در این ساختار، از تقریب هوبارد بهره­برداری شد. منحنی جریان ولتاژ این ساختار تا ولتاژ V 2 مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که با افزایش ولتاژ، نسبت به سد پتانسیل ایجاد شده میان الکترود و کانال، جریان روند صعودی داشته و تا V 6/1 این روند ادامه می­یابد. در بازه  V6/1 تا  V8/1 مقاومت منفی در این ساختار مشاهده
می­شود. به منظور یافتن دلایل این رویداد، چگالی حالات منطقه­ای مورد بررسی قرار گرفت. از چگالی حالات، نشان داده شد مقدار سد پتانسیل الکترود و کانال به چه میزان بوده و همچنین، نشان داده شد که کیفیت مسیرهای انتقال حامل­ها در بازه مقاومت منفی کاهش یافته و همین دلیل این رخداد در منحنی جریان ولتاژ است. 

کلیدواژه‌ها


[1]. J. Dai, X. C. Zeng, “Titanium Trisulfied Monolayer: Theoretical Prediction of a New Direct-Gap Semiconductor with High and Anisotropic Carrier Mobility” Angew.Chem.Int.Ed, 54, 7572–7576, 2015.
[2]. J. O. Island, M. Barawi, R. Biele, A. Almazán, J. M. Clamagirand, J. R. Ares, C Sánchez, H. S. J. van der Zant, J. V. Álvarez, R. D’Agosta, I. J. Ferrer, A. Castellanos-Gomez “TiS3 Transistors with Tailored Morphology and Electrical Properties.” Advanced Materials, 16, 2595-2601, 2015.
[3]. A. H. Firouzkhani, M. Vaez-Zadeh, H. Jamnezhad, M. Berahman, “Electronic and optical properties of monolayer TiS3: DFTcalculation”, JOURNAL OF OPTOELECTRONICS AND ADVANCED MATERIALS, 22, 623 – 628, 2020.
[4]. E. Torun, H. Sahin, A. Chaves, L. Wirtz, and F. M. Peeters “Ab initio and semi empirical modeling of excitons and trions in monolayer TiS3” Physical Review B, 98, 075419-1-7, 2018.
[5]. J. O. Island, R. Biele, M. Barawi, J. M. Clamagirand, J. R. Ares, C. Sánchez, H. S.J. van der Zant, I. J. Ferrer, R. D’Agosta, A. Castellanos-Gomez, “Titanium Trisulfie (TiS3): a 2d semiconductor with quasi-1D optical and electronic properties” scientificreports, 1-7, 2016.
[6]. Y. Chen, Y. Li, J. Wu, W. Duan, “General criterion to distinguish between Schottky and Ohmic contacts at metal/two-dimensional semiconductor interface” Nanoscale, 9, 2068-2073, 2017.
[7]. F. Iyikanat, R.T. Senger, F.M. Peeters, H. Sahin, “Quantum-Transport Characteristics of a p–n Junction on Single-Layer TiS3” Chemphyschem, 17, 3985-3991, 2016.
[8]. J. Liu, Y. Guo, F. Q. Wang, Q. Wang, “TiS3Sheet Based Van der Waals Heterostructures with Tunable Schottky Barrier” Nanoscale, 10, 807-815
[9]. I. G. Gorlova, V. Y. Pokrovskii, S. Y. Gavrilkin, A. Y. Tsvetkov, “Change in the Sign of the Magnetoresistance and the Two-Dimensional Conductivity of the Layered Quasi-One-Dimensional Semiconductor TiS3” Condensed Matter, 107, 175–181, 2018.
[10]. J. Kang, H. Sahin, H. Ozaydin, R. Tugrul Senger, F. M. Peeters “TiS3 nanoribbons: Width-independent band gap and strain-tunable electronic properties” Physical Review B, 92, 075413, 2015.
[11]. Y. Niu, R. Frisenda, E. Flores, J. R. Ares, W.  Jiao, D. Perez de Lara, C. Sánchez, R. Wang, I. J. Ferrer, A. Castellanos‐Gomez, “Polarization-Sensitive and Broadband Photo Detection Based on a Mixed-Dimensionality TiS3/Si p–n Junction.” Advanced optical materials, 6, 1800351(1)-1800351(7), 2018.
[12]. S. J. Gilbert, A, Lipatov, A. J. Yost, M. J. Loes, A. Sinitskii, P. A. Dowben, “The Electronic Properties of Au and Pt Metal Contacts on Quasi-One-Dimensional Layered TiS3(001)” Applied Physics Letters, 114, 101604(1)-101604(5), 2019.
[13]. S. Datta, "The non-equilibrium Green's function (NEGF) formalism: An elementary introduction" IEDM, 29.1.1-29.1.4, 2002.
[14]. M. Berahman, M. Sanaee, R. Ghayour, “A theoretical investigation on the transport properties of overlapped graphene nanoribbons” Carbon, 76, 285-291, 2014.
[15]. J. Heyd, G.E. Scuseria, “Hybrid functionals based on a screened Coulomb potential” JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, 118, 8207- 8215, 2003.
[16]. A. Jain, G. Hautier, S. P. Ong, C. Moore, C. Fischer, K. A. Persson, G. Ceder, “Formation enthalpies by mixing GGA and GGA + U calculations” Physical Review B, 84, 045115(1)- 045115(11) 2011.
[17]. P. Rivero, V. Manuel García-Suárez, D. Pereñiguez, K. Utt, Y. Yang, L. Bellaiche , K. Park , J. Ferrer , S. Barraza-Lopez, “Systematic pseudopotentials from reference eigenvalue sets for DFTcalculations” Computational Materials Science, 98, 372–389, 2015.

[18]. A. Willand, Y. O. Kvashnin, L. Genovese, A. Vázquez-Mayagoitia, A. K. Deb, A.Sadeghi, T. Deutsch, S. Goedecker, “Norm-conserving pseudopotentials with chemical accuracy compared to all-electron calculations” THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, 138, , 104109-1- 104109-11, 2013.

 
[19]. Sigrid Furuseth, Leif Brattås, Arne Kjekshus ,Arne F. Andresen, P. Fischer, “On the Crystal structures of. TiS3, Zrs3, ZrSe3, ZrTe3, HfS3, and HfSe3,” Acta Chemica Scandinavica, 29, 623-631, 1975.
[20]. H. Zheng, M. Zhu, J. Zhang, X. Du, Y. Yan, “A first-principles study on the magnetic properties of Sc, V, Cr and Mn-doped monolayer TiS3” RSC Advances, ,6, 55194–55202, 2016.
[21] J. Kang, L. W. Wang, “Robust band gap of TiS3 nanofilms” Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 14805-14809 2016.
[22] Y. Saeed, A. Kachmar, M.A. Carignano, “First-Principles Study of the Transport Properties in Bulk and Monolayer MX3 (M = Ti, Zr, Hf and X = S, Se) Compounds” The Journal of Physical Chemistry, 121, 1399-1403, 2017.
[23] J. A. Silva-Guillén, E. Canadell, P. Ordejón, F. Guinea, R. Roldán, “Anisotropic features in the electronic structure of the two-dimensional transition metal trichalcogenide TiS3: electron doping and plasmons” 2D Mater. 4, 025085(1)- 025085(11), 2017.
[24]. R. Sun, Y. Gu, G. Yang, J. Wang, X. Fang, N. Lu, B. Hua, X. Yan. “Theoretical Study on the Interfacial Properties of Monolayer TiS3–Metal Contacts for Electronic Device Applications” The journal of Physical Chemistry C, 123, 7390-7396, 2019.