[发明专利]一种含单层二硫化钼结构的半导体器件仿真方法

说明书

本发明公开了一种含单层二硫化钼结构的半导体器件仿真方法，包括以下步骤：(1)从原子层面对单层二硫化钼进行二维材料结构建模；(2)计算单层二硫化钼材料的材料特性；(3)计算单层二硫化钼材料的哈密顿量导入紧束缚模型，得到带有紧束缚哈密顿参数的矩阵；(4)建立半导体器件模型，将含有紧束缚哈密顿参数的矩阵导入半导体器件模型来计算含单层二硫化钼结构的半导体器件的电学特性和输运特性。该仿真系统从二硫化钼的原子层面开始计算，将二维二硫化钼材料使用紧束缚哈密顿矩阵来表示，从而带入进行器件层面的计算，得到含有单层二硫化钼结构的半导体器件的电学特性和输运特性。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件仿真方法，尤其涉及一种含有单层二硫化钼结构的半导体器件的仿真方法。

背景技术

二维材料已成为热门的前沿科技领域之一，并广泛应用于各个领域，例如：存储器、处理器、超透镜、太赫兹、超级电容、太阳能电池、防伪标签、量子点、传感器、半导体制造、NFC、医疗等。二维材料通常是由一层或者几层原子组成薄膜，因此非常轻薄，并具有十分优异的电气、机械、热学、光学特性。新型二维材料自2004年石墨烯被发现以来，探寻其他新型二维晶体材料一直是二维材料研究领域的前沿。正如石墨烯一样，大尺寸高质量的其他二维晶体不仅对于探索二维极限下新的物理现象和性能非常重要，而且在电子、光电子等领域具有诸多新奇的应用。但是现有的仿真方法中，还存在以下问题：1、缺乏针对二硫化钼原子级材料特性的研究，基于器件的仿真无法从二硫化钼原子级的层面进行从头开始的分析计算；2、缺乏针对二硫化钼从原子到器件仿真的衔接方法，现有对于二硫化钼的二维材料特性到电学特性的仿真计算是相互独立的，未系统连贯。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种含单层二硫化钼结构的半导体器件仿真方法，将单层二硫化钼材料从原子层面衔接到器件中进行分析计算，解决了二维材料在体材料器件中的计算问题。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种含单层二硫化钼结构的半导体器件仿真方法，包括以下步骤：

(1)从原子层面对单层二硫化钼进行二维材料结构建模；单层二硫化钼结构模型具体包括三个原子平面，中间的Mo原子平面将两个六角边平面的S原子隔开，相邻层与层之间依靠微弱的范德华力结合。

(2)计算单层二硫化钼材料的材料特性；其中，所述的材料特性指的是单层二硫

化钼材料的能带和态密度。步骤(2)包括以下过程：

(21)构建二硫化钼原胞；

(22)对原胞进行弛豫求解使得结构优化至原子最低能量体系；

(23)原子最低能量体系进行自洽迭代求解薛定谔方程；

(24)在自洽求解基础上固定K点，利用非自洽算法对价电子波函数进行调制，通过调制后的波函数对应的能量得到能带结构和态密度。

(3)计算单层二硫化钼材料的紧束缚哈密顿量，根据二硫化钼材料中各原子轨道的能带贡献得到原子间的紧束缚参数，计算带有紧束缚哈密顿参数的矩阵；具体包括以下过程：

(31)将单层二硫化钼材料的紧束缚哈密顿量表示为：

其中[H₀]表示单位原胞的哈密顿量，[H_m]表示单元格与其第m个相邻单元格之间的相互作用所产生的哈密顿量，表示从一个单元格指向其第m个相邻单元格的向量，n表示单层二硫化钼材料的轨道数，表示波矢；

(32)将二硫化钼材料单位原胞的紧束缚哈密顿矩阵表示为：