異質雙面型過渡金屬二硫化物（Janus TMD）於2017年首度由國外團隊完成人工合成，與典型TMD（如MoS2）的不同之處在於，其二表面由不同硫族元素組成，進而形成特殊的非對稱結構。也因此Janus材料能在垂直面誘發偶極矩（dipole），在單層和多層結構下呈現類似極性和壓電材料的行為，而且不存在表面缺陷。如此獨特的材料性質使得更多元的元件設計有機會實現。例如，不需要再透過調製摻雜（Modulation doping）形成n或p通道，藉由氧化物與Janus TMD界面的極性產生的2DEG 或 2DHG便能克服二維材料的摻雜問題。相似的元件像是不需要進行摻雜的AlGaN/GaN HEMT高頻高功率元件，或是在光電元件利用電偶矩電場可以提高光偵測器的效率。

在本研究中，研究團隊利用密度泛函理論計算單層Janus MoSSe和WSSe的電聲耦合傳輸特性，以及與金屬接面的特性。發現兩個雙異質接面有機會同時存在p型和n型的歐姆接觸，透過特別的結構設計，可以提供CMOS元件設計的概念。另外透過費米黃金定律（Fermi’s Golden Rule）計算出電子 - 聲子在室溫下的散射率，取出Deformation Potential，並藉由蒙地卡羅法計算出場效電子遷移率。在蒙地卡羅法的預測下，發現Janus MoSSe與WSSe呈現出相當有競爭力的電子遷移率結果，與其他熱門的二維材料相比，有著不俗的電子傳輸表現。再加上其可調變的接觸阻抗，可以應用不同元件的需求。本研究通過以上方法，針對Janus MoSSe與WSSe在電性上進行系統化的理論分析，提供材料元件評估有用的參數。此研究也被百年期刊JAP選為當期editor pick 之一。

期刊連結：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0088593

圖文提供：臺大光電工程學研究所所長吳育任教授、碩士班研究生白修齊
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