基于二维CuSbX2（X=S,Se）材料的气体传感器件设计与模拟

• 作 者: 陈艳莉
• 出 处: 南京师范大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: CuSbS2单层 CuSbSe2单层 载流子迁移率 气体传感器 选择性 敏感性

石墨烯、黑磷、MoS2等二维材料因为具有高的比表面积和优异的电子学性质在纳米器件领域具有广阔的应用前景。然而,这些材料存在一些固有的不足之处,如石墨烯中缺乏带隙、黑磷的稳定性较差、MoS2因为存在硫空位导致迁移率相对较低。因此,在过去一些年中,人们不断通过实验和理论手段去寻找更多具有优异性能的二维材料。CuSbS2是实验上已经合成的一种三元过渡金属硫族化合物,它具有和二元过渡金属硫族化合物类似的层状结构。我们采用密度泛函理论计算研究了二维CuSbS2单层结构的电学性质。计算结果表明CuSbS2单层是拥有1.1 eV直接带隙的半导体材料,具有和MoS2单层材料非常接近的载流子迁移率,并且其可以很好地捕获可见光、红外光和紫外光。特别的是,我们通过密度泛函理论计算和非平衡格林函数方法相结合,研究了气体分子在二维CuSbS2单层上的吸附行为。我们发现在施加0.05 V偏压时,N02气体的吸附会导致相对电流变化达到1968%;在施加0.25 V偏压时,SO2气体的吸附会导致相对电流变化达到77%。这表明CuSbS2单层的电子输运性质对S02和NO2分子的吸附具有非常灵敏的响应。因此CuSbS2单层材料在高效气体传感器的应用中具有潜在应用前景。此外,我们还通过密度泛函理论计算研究了二维CuSbSe2单层结构的电学性质和对气体吸附的响应。与二维CuSbS2单层不同的是,CuSbSe2单层是具有0.9 eV准直接带隙的半导体材料。CuSbSe2单层拥有较高的载流子迁移率和光吸收性能。非平衡格林函数计算表明CuSbSe2单层材料对S02和NO2分子的吸附也具有较高的选择性和响应灵敏性,有望在相关气体的捕获和传感领域得到应用。