[发明专利]一种单一材料PN异质结及其设计方法

权利要求书

1.一种单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，包括：

将一种二维过渡金属硫化物中的部分原子替换成替代原子，所述二维过渡金属硫化物具有单一N型半导体性质或单一P型半导体性质；

通过原子替换形成缺陷型二维过渡金属硫化物，所述缺陷型二维过渡金属硫化物具有缺陷结构，所述缺陷结构将所述二维过渡金属硫化物的P型半导体性质转变为N型半导体性质；或者，将所述二维过渡金属硫化物的N型半导体性质转变为P型半导体性质；

所述缺陷型二维过渡金属硫化物与未进行所述原子替换的所述二维过渡金属硫化物具有不同的半导体性质，适于形成PN异质结；

还包括：

查找所述二维过渡金属硫化物六角晶胞的晶格参数，选取一定的晶格单胞棱长a与晶格单胞棱长c，扩大原始晶胞至一定重复数的超胞，确定所述二维过渡金属硫化物的能带结构信息与态密度，通过所述能带结构信息与所述态密度确定所述二维过渡金属硫化物为单一N型半导体性质或单一P型半导体性质；

将所述二维过渡金属硫化物中的部分原子替换成替代原子，对原子替换后的二维过渡金属硫化物的晶格参数进行优化，取能量最低点的晶格参数，调整截断能，确定原子替换后的二维过渡金属硫化物的能带结构信息、态密度与费米能级，通过费米能级、缺陷能级、导带底与价带顶确定原子替换后的二维过渡金属硫化物是否发生半导体性质变化，所述半导体性质变化包括：原子替换后的二维过渡金属硫化物将P型半导体性质转变为N型半导体性质；或者，原子替换后的二维过渡金属硫化物将N型半导体性质转变为P型半导体性质。

2.根据权利要求1所述的单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，所述二维过渡金属硫化物为WSe₂，所述替代原子为Ta原子，所述Ta原子用于替代WSe₂中的Se原子。

3.根据权利要求2所述的单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，所述查找二维过渡金属硫化物六角晶胞的晶格参数，选取一定的晶格单胞棱长a与晶格单胞棱长c，扩大原始晶胞至一定重复数的超胞，确定所述二维过渡金属硫化物的能带结构信息与态密度包括：

通过FINDIT软件查找二维过渡金属硫化物六角晶胞的晶格参数，选取所述二维过渡金属硫化物的晶格参数为扩大原始晶胞至重复数为4×4×1的超胞，其中包含16个W原子与32个Se原子，确定所述二维过渡金属硫化物的能带结构信息与态密度。

4.根据权利要求3所述的单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，当选取所述二维过渡金属硫化物的晶格参数为时，还选取一定的晶胞角度参数，所述晶胞角度参数为α＝90°，β＝90°，γ＝120°，其中，α、β、γ为晶格单胞的三个角度参数。

5.根据权利要求4所述的单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，所述对原子替换后的二维过渡金属硫化物的晶格参数进行优化，取能量最低点的晶格参数，调整截断能以保证自洽波函数结果的收敛性，确定原子替换后的二维过渡金属硫化物的能带结构信息、态密度与费米能级包括：

通过VASP软件对原子替换后的二维过渡金属硫化物的晶格参数进行优化，截断能力为400eV，K点为1×1×1，电子收敛精度为1E-5，离子收敛精度为1E-2，所述能量最低点的晶格参数为晶胞采用4×4×1的超胞，包含48个原子，确定原子替换后的二维过渡金属硫化物的能带结构信息与态密度；

其中，所述a、b与c为所述晶胞单胞三个相互垂直方向的棱长。

6.根据权利要求5所述的单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，将所述32个Se原子中任意一个Se原子替换为Ta原子。

7.根据权利要求1所述的单一材料PN异质结的设计方法，其特征在于，还包括：通过控制所述原子替换后的二维过渡金属硫化物中原子替换的数量调控PN异质结的性能。