一种基于MoSi2N4单层的纳米二极管器件

一种基于mosi2n4单层的纳米二极管器件
技术领域
1.本发明属于纳米二极管器件的构造技术领域，具体涉及一种基于mosi2n4单层的纳米二极管器件。


背景技术：

2.自从从石墨中成功剥离单层石墨烯以来，二维（2d）材料由于其超薄的几何形状和优异的物理和材料性能而引起了广泛的兴趣。各种含有过渡金属的二维半导体材料已经在理论上进行了预测和实验制备，包括过渡金属二硫化物、氮化硼、磷烯硼烯、cri3、cr2s3、gese、nb2site4等。鉴于这些二维单层材料的不同几何和电子结构，人们进一步关注它们的电子传输性能和光电应用，例如晶体管器件、光电纳米器件等，有望成为新一代的高性能纳米器件的重要候选材料。
3.最近，一种新型二维层状非磁性半导体材料mosi2n4引起了科学研究人员的广泛关注，洪等人使用化学气相沉积（cvd）方法成功制备了mosi2n4单层结构，发现其具有高载流子迁移率、良好的机械强度以及优异的环境稳定性和光学性能（chemical vapor deposition of layered two-dimensional mosi2n
4 materials, science 369, 670 (2020)）。islam等人用密度泛函理论（dft）计算揭示了mosi2n4的详细电子结构和自旋极化特性随材料厚度的变化（tunable spin polarization and electronic structure of bottom-up synthesized mosi2n
4 materials, phys. rev. b 104, l201112 (2021)）。此外，陈等人提出了72个ma2z4型稳定结构并研究了它们的拓扑和磁性，极大地扩展了ma2z4型家族材料的库（intercalated architecture of ma2z
4 family layered van der waals materials with emerging topological, magnetic and superconducting properties, nat. commun. 12, 1 (2021)）。尽管最近取得了一些进展，但ma2z4型家族材料在不同晶体器件中的基本作用和潜在应用仍有待探索。其中mosi2n4单层具有的超薄单层，优异的稳定性，潜在的物理性质引起了更多研究人员的持续探索。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是提供了一种整流效应和电各向异性均较强的基于mosi2n4单层的纳米二极管器件。
5.本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种基于mosi2n4单层的纳米二极管器件，其特征在于：所述纳米二极管器件是基于mosi2n4材料的单层结构，在其两端分别进行p型半导体掺杂和n型半导体掺杂，并保留中间区为其本征结构，构造成mosi2n4单层的pn结结构，并在其两端分别施加漏极（d）电极和源极（s）电极，构造成pn结纳米二极管器件。
6.进一步限定，当向pn结纳米二极管器件施加正向d
−
s偏压时，会产生从漏极电极到源极电极的正向电流，当向pn结纳米二极管器件施加反向s
−
d偏压时，会产生从源极电极到漏极电极的反向电流，该pn结纳米二极管器件呈现出强整流效应，且具有高整流比并表现出强的电各向异性，其整流比高达106。
7.本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明设计的基于mosi2n4材料的单层pn结纳米二极管器件呈现出强整流效应，且具有高整流比并表现出强的电各向异性，为进一步预测其在整流器的制备和应用中提供了相关理论依据和模型构造方案。
附图说明
8.图1是基于mosi2n4单层的纳米二极管器件的结构示意图，图中所示是mosi2n4材料的单层结构，p型半导体掺杂在左侧，n型半导体掺杂在右侧，搭建成mosi2n4单层的pn结结构，左右两端分别施加有漏极（d）电极和源极（s）电极构造成pn结纳米二极管器件。
9.图2是基于mosi2n4单层的纳米二极管器件的电流-电压关系曲线图。
具体实施方式
10.以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
11.本发明构造了由mosi2n4材料的单层结构两端分别进行p型半导体掺杂和n型半导体掺杂，其左右两端分别施加有漏极(d)电极和源极(s)电极，构造成pn结二极管器件。本发明通过使用业界先进的器件设计工具quantumatk（s
ø
ren smidstrup, et al., quantumatk: an integrated platform of electronic and atomic-scale modelling tools[j]. j. phys.: condens. matter, 32, 015901 (2020)）进行器件模型设计，并对其进行性能测量。
[0012]
通过对其电流-电压关系曲线的计算，揭示了mosi2n4材料的单层pn结二极管器件呈现出强整流效应，且具有高整流比并表现出来强的电各向异性。为进一步预测其未来在整流器的制备和应用中提供了相关理论依据和模型构造方案。
[0013]
此基于mosi2n4单层的纳米二极管器件的实现可按照如下步骤完成：步骤s1，按照如图1所示，在mosi2n4材料的单层结构两端分别进行p型半导体掺杂和n型半导体掺杂，构造成pn结二极管器件。
[0014]
步骤s2，将上述得到mosi2n4单层的pn结结构放置于诸如二氧化硅等衬底上，左右两端分别施加有漏极（d）电极和源极（s）电极，进而构造成基于mosi2n4单层的纳米二极管器件，且在垂直于输运方向的大小尺寸可任意调节。
[0015]
步骤s3，当在上述构造的mosi2n4单层的pn结二极管器件中施加正向d
−
s偏压vb时，会产生从d到s电极的正电流，反之亦然。通过mosi2n4单层二极管器件的电流i由landauer-b
ü
ttiker公式确定：可以看到z型二极管和a型二极管都产生了明显的电流整流效应，整流比高达106，如图2所示。此外，基于mosi2n4单层的纳米二极管器件表现出显著的电各向异性，远大于其它二维材料。
[0016]
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原
理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。


技术特征：
1.一种基于mosi2n4单层的纳米二极管器件，其特征在于：所述纳米二极管器件是基于mosi2n4材料的单层结构，在其两端分别进行p型半导体掺杂和n型半导体掺杂，并保留中间区为其本征结构，构造成mosi2n4单层的pn结结构，并在其两端分别施加漏极电极和源极电极，构造成pn结纳米二极管器件。2.根据权利要求1所述的基于mosi2n4单层的纳米二极管器件，其特征在于：当向pn结纳米二极管器件施加正向d
−
s偏压时，会产生从漏极电极到源极电极的正向电流，当向pn结纳米二极管器件施加反向s
−
d偏压时，会产生从源极电极到漏极电极的反向电流，该pn结纳米二极管器件呈现出强整流效应，且具有高整流比并表现出强的电各向异性，其整流比高达106。

技术总结
本发明公开了一种基于MoSi2N4单层的纳米二极管器件，该纳米二极管器件是基于MoSi2N4材料的单层结构，在其两端分别进行P型半导体掺杂和N型半导体掺杂，并保留中间区为其本征结构，构造成MoSi2N4单层的PN结结构，并在其两端分别施加漏极（D）电极和源极（S）电极，构造成PN结纳米二极管器件。本发明设计的基于MoSi2N4材料的单层PN结纳米二极管器件呈现出强整流效应，且具有高整流比并表现出强的电各向异性。向异性。向异性。


技术研发人员：安义鹏 高怡帆 朱明甫 武大鹏 武志强 马传琦 刘尚鑫 王金凤 宋桂林 张娜
受保护的技术使用者：河南师范大学
技术研发日：2022.08.24
技术公布日：2022/12/5