1.1.3　過渡金屬硫族化合物

過渡金屬二硫族化合物（TMDC）的基本化學式為MX₂，其中M為VB族元素（V、Nb、Ta等）或VIB族元素（Mo、W等），X為硫族元素（S、Se、Te等）。早在20世紀80年代，加拿大西蒙菲莎大學（Simon Fraser University）的祖安臣（PerJoensen）等人就通過鋰插層法剝離出半導體性的單層Mo。2004年之后，隨著石墨烯研究的興起，科學家也重新開始對TMDC進行研究。

單層TMDC具有典型的三明治結構，M層夾于兩層硫族原子X之間，每個M原子與最近鄰的X原子通過配位共價鍵結合，且常位于最近鄰X原子構成的空間結構的中心^［53］。圖1.7為單層MoS₂的原子結構示意圖，每個Mo原子同最近鄰的六個S原子形成配位共價鍵。當Mo原子位于S原子構成的三菱柱中心時，MoS₂為穩定的H相，H相堆垛可形成2H-MoS₂和3R-MoS₂，前者按AA'順序堆垛，后者按ABC順序堆垛。當Mo原子位于三角菱柱中心時，MoS₂為亞穩定的T相，T相弛豫后也可演變成T'相。

圖1.7　MoS₂原子結構示意圖^［53］

TMDC可以表現出許多不同的性質，這取決于過渡金屬和硫族元素的組合以及金屬原子的配位態及氧化態。它們的電學性質各式各樣，包括金屬性、半金屬性和半導體性。例如，1T-MoS₂是金屬性，而2H-MoS₂是一種天然的半導體，且禁帶寬度隨其層數變化而變化。當2H-MoS₂由塊體材料減薄成單層時，其禁帶寬度從1.29eV增加到1.90eV^［54］，仍與硅基材料（1.1eV）相當，因此，單層TMDC有望取代傳統硅基材料成為電子元器件的基本構筑材料。