Tuning the Metal-Semiconductor Contact Nature in Mxene-Based Van Der Waals Heterostructures

异质结 范德瓦尔斯力 半导体 材料科学 凝聚态物理 金属 纳米技术 光电子学 物理 量子力学 分子 冶金
作者
Yu Lan,Yu-Han Wu,Juanjuan Luo,Jing Zhang,Zhi He,Gui‐Fang Huang,Wangyu Hu,Wei‐Qing Huang
标识
DOI:10.2139/ssrn.4523954
摘要

Two-dimensional (2D) transition metal carbides, nitrides, or carbonitrides (MXenes) have emerged as promising ultrathin materials for nanoelectronics and optoelectronics. However, the contact barrier at metal-semiconductor (MS) junctions still significantly limits the device's performance. Here, we propose a novel strategy——functionalizing accompanied with external electric fields——to tune the MS contact nature in MXene-based van der Waals (vdW) heterostructures, taking 2D Ti2C as an example, by means of first-principles calculations. Different Ti2CO2/Ti2CX2 (X=OH or S) vdW heterostructures are designed via functionalizing Ti2C metals to contact with 2D Ti2CO2. We reveal that OH functionalized vdW MS heterostructure (Ti2CO2/Ti2C(OH)2) can be tuned to the Ohmic contact owing to the strong interlayer interaction inducing a large number of interlayer transferred electrons; while for the sulfurized vdW MS heterostructure (Ti2CO2/Ti2CS2), its Schottky barrier height and contact type can be effectively tuned by external electric field due to the rather weak interlayer interaction. Our work paves a new way for the construction of 2D MXene-based vdW MS heterostructures and demonstrates the great potential of 2D MXenes in future nanoelectronics and optoelectronics.
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