Layer-dependent Band Alignment and Work Function of Few-Layer Phosphorene

磷烯 单层 带隙 材料科学 工作职能 光电子学 图层(电子) 有效质量(弹簧-质量系统) 肖特基势垒 直接和间接带隙 凝聚态物理 纳米技术 物理 量子力学 二极管
作者
Yongqing Cai,Gang Zhang,Yong‐Wei Zhang
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:4 (1) 被引量:821
标识
DOI:10.1038/srep06677
摘要

Using first-principles calculations, we study the electronic properties of few-layer phosphorene focusing on layer-dependent behavior of band gap, work function band alignment and carrier effective mass. It is found that few-layer phosphorene shows a robust direct band gap character and its band gap decreases with the number of layers following a power law. The work function decreases rapidly from monolayer (5.16 eV) to trilayer (4.56 eV) and then slowly upon further increasing the layer number. Compared to monolayer phosphorene, there is a drastic decrease of hole effective mass along the ridge (zigzag) direction for bilayer phosphorene, indicating a strong interlayer coupling and screening effect. Our study suggests that 1). Few-layer phosphorene with a layer-dependent band gap and a robust direct band gap character is promising for efficient solar energy harvest. 2). Few-layer phosphorene outperforms monolayer counterpart in terms of a lighter carrier effective mass, a higher carrier density and a weaker scattering due to enhanced screening. 3). The layer-dependent band edges and work functions of few-layer phosphorene allow for modification of Schottky barrier with enhanced carrier injection efficiency. It is expected that few-layer phosphorene will present abundant opportunities for a plethora of new electronic applications.
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