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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 가톨릭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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2차원 반도체 물질 중 하나인 metal monochalcogenides (MMCs)는 광학적 특성이 우수해 광전자, 비선형 광학 분야에 잠재적 응용가능성을 가지고 몇 십 년간 연구되어 왔다. 최근에는, h-BN으로 둘러싸인 InSe thin film FED의 경우 TMDC나 black phosphorus 보다 높은 전자이동도를 보인다는 연구결과가 보고되었다. 물질이 소자로 이용되기 위해서는 물질의 기본적인 물리적 특성을 이해하는 것이 필요하다. 따라서 우리는 제일원리 계산을 통해 MMC의 구조적 특성을 이해하는 데 중요한 층과 층 사이의 상호작용인 vdW interaction에 대한 연구와 전기적 성질의 층 수와 strain에 의한 효과에 대해 다루었으며, 각각 다른 MMCs의 band edge alignment를 하였다. 마지막으로, InSe의 Se 빈자리 결함의 전하된 결함 상태의 안정성에 대해 연구하였다.
우리는 밀도범함수이론 계산을 이용하였으며, LDA와 GGA (PBE) exchange correlation functional에 vdW 상호작용을 보정한 D2, D3, D3.BJ, TS, optB86b, 그리고 optB88을 사용한 상태방정식 그래프를 통해 D2 correction이 MMC의 구조를 잘 표현한다는 것을 알아냈다. LDA와 PBE-D2 functional을 이용해 층과 층 사이 거리와 에너지 관계로 binding energy curve 를 그렸고, 실험값과 잘 맞는 equilibrium distance (d0)와 binding energy (Eb)를 얻었다. InSe 2TL의 전자밀도차이 분석을 통해 Se atom근처 전자들이 vdW gap 사이로 모여서 약한 covalent-like 상호작용을 하는 것을 알았다.
다음으로, 기본적 전기적 성질을 이해하기 위해 GaS 1TL, 2TL, 그리고 bulk의 partial charge density 분석을 하였다. 이를 통해, 에너지가 가장 높은 valence band는 Ga(3pz), Ga(3s), S(2p) orbital이 관여하는 것을 알았다. MMC 물질에 대한 다른 선행 연구들과 마찬가지로, GaS unit cell을 1TL부터 5TL, 그리고 bulk의 band structure를 통해 thickness 가 커질수록 band gap이 작아지는 것을 보았고, InSe 1TL에 strain을 -4%~4%까지 주었을 때 대체적으로 band gap이 줄어드는 것으로 보아 strain을 조절함으로써 band gap의 크기를 조절할 수 있다는 것을 알았다.
마지막으로 5x5 supercell을 이용한 InSe 1TL의 Se vacancy (VSe)의 다양한 charge states 의 formation energy를 계산한 결과 (1+) 와 (0) states가 band gap 범위 안에서 안정하였다. 하지만 charge transition level이 VBM 가까이 존재해서 n-type doping이 불가능하다. 기존의 비슷한 연구와는 다르게 formation energy에 periodic supercell에 의한 charged defect의 image charges 효과를 보정해 isolated system의 더 정확한 energy stability를 조사했다는 데 의의가 있다.
우리는 밀도범함수이론 계산을 이용하였으며, LDA와 GGA (PBE) exchange correlation functional에 vdW 상호작용을 보정한 D2, D3, D3.BJ, TS, optB86b, 그리고 optB88을 사용한 상태방정식 그래프를 통해 D2 correction이 MMC의 구조를 잘 표현한다는 것을 알아냈다. LDA와 PBE-D2 functional을 이용해 층과 층 사이 거리와 에너지 관계로 binding energy curve 를 그렸고, 실험값과 잘 맞는 equilibrium distance (d0)와 binding energy (Eb)를 얻었다. InSe 2TL의 전자밀도차이 분석을 통해 Se atom근처 전자들이 vdW gap 사이로 모여서 약한 covalent-like 상호작용을 하는 것을 알았다.
다음으로, 기본적 전기적 성질을 이해하기 위해 GaS 1TL, 2TL, 그리고 bulk의 partial charge density 분석을 하였다. 이를 통해, 에너지가 가장 높은 valence band는 Ga(3pz), Ga(3s), S(2p) orbital이 관여하는 것을 알았다. MMC 물질에 대한 다른 선행 연구들과 마찬가지로, GaS unit cell을 1TL부터 5TL, 그리고 bulk의 band structure를 통해 thickness 가 커질수록 band gap이 작아지는 것을 보았고, InSe 1TL에 strain을 -4%~4%까지 주었을 때 대체적으로 band gap이 줄어드는 것으로 보아 strain을 조절함으로써 band gap의 크기를 조절할 수 있다는 것을 알았다.
마지막으로 5x5 supercell을 이용한 InSe 1TL의 Se vacancy (VSe)의 다양한 charge states 의 formation energy를 계산한 결과 (1+) 와 (0) states가 band gap 범위 안에서 안정하였다. 하지만 charge transition level이 VBM 가까이 존재해서 n-type doping이 불가능하다. 기존의 비슷한 연구와는 다르게 formation energy에 periodic supercell에 의한 charged defect의 image charges 효과를 보정해 isolated system의 더 정확한 energy stability를 조사했다는 데 의의가 있다.
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