二维过渡金属硫族化合物（2D-TMDs）因其层状结构和良好的物理化学性质，在光电子学、量子计算和能源存储等领域展现出潜力。其中，二碲化钼（MoTe₂）凭借其可调带隙、强非线性光学响应及双极性载流子输运特性，成为研究热点。化学掺杂作为一种调控材料电子结构的有效手段，通过引入杂质原子或分子，可定向改变MoTe₂的能带排列、载流子浓度及光学性质，为构建高性能功能器件提供关键材料基础。

一、MoTe₂的能带结构特性和机制

1.MoTe₂结构特性

MoTe₂具有多种晶体相，包括六方相（2H）、单斜相（1T'）和正交相（Td），其中2H相为半导体，1T'相为准金属或拓扑半金属。单层2H-MoTe₂为直接带隙半导体，带隙约为1.1 eV，适合用于近红外光电器件。然而，本征MoTe₂的能带结构在某些应用中仍存在局限性，如载流子浓度不足、费米能级位置不理想等。因此，通过化学掺杂调控其能带结构，成为提升其性能的重要途径。

2.MoTe₂能带结构的机制

化学掺杂通过引入外来原子或分子，改变材料的载流子浓度和能带结构，从而实现对其电子性质的调控。根据掺杂剂类型和作用机制的不同，化学掺杂可分为以下几种方式：

原子掺杂：原子掺杂是将金属或非金属原子引入MoTe₂晶格中，替代Mo或Te原子，或占据间隙位置。

分子掺杂：分子掺杂是利用有机分子与MoTe₂表面相互作用，通过电荷转移实现掺杂效应。

铁电掺杂：铁电材料掺杂是一种非易失性、可逆的掺杂方式。通过将铁电共聚物（如P(VDF-TrFE)）覆盖在MoTe₂表面，利用铁电极化场调控MoTe₂中的载流子类型和浓度。在铁电极化向上（Pup）状态下，MoTe₂表现为p型掺杂；在极化向下（Pdown）状态下，表现为n型掺杂。这种方法可实现纳米级精度的载流子类型调控，且无需栅电极，具有高度的灵活性和可控性。

二、化学掺杂的物理机制与实验路径

化学掺杂的核心在于通过杂质原子与宿主材料的相互作用，改变其电子态密度分布和能带结构。根据掺杂方式，可分为替位掺杂（杂质原子取代晶格位点）和表面吸附掺杂（杂质分子吸附于材料表面）。

1. 替位掺杂：重构晶格电子态

以铼（Re）替位掺杂为例，Re原子取代Mo位点后，其5d轨道与Te的5p轨道杂化增强，导致费米面附近态密度提升。

2. 表面吸附掺杂：非破坏性能带调控

表面吸附掺杂通过杂质分子与MoTe₂的电荷转移，实现能带结构的动态调控。例如，氧等离子体处理可在MoTe₂表面引入高功函数过渡金属氧化物（MoOₓ），形成p型简并掺杂。

三、化学掺杂对MoTe₂能带结构的定向调控

1. 带隙工程：从半导体到半金属

本征MoTe₂的带隙随层数减少而增大。通过化学掺杂，可进一步拓宽带隙调控范围。

2. 自旋极化与拓扑态调控

掺杂还可诱导MoTe₂产生自旋极化或拓扑非平庸态。第一性原理计算表明，Nb掺杂MoTe₂中，Nb的4d轨道与Te的5p轨道杂化形成自旋极化能带，费米面附近出现自旋分裂，为自旋电子学器件提供了材料基础。

四、化学掺杂对MoTe₂光电性能的影响

化学掺杂不仅改变了MoTe₂的能带结构，还影响了其光电性能：

1.载流子浓度和迁移率提升

掺杂增加了MoTe₂中的自由载流子浓度，降低了电阻，提高了器件的响应速度和光电流。

2.能带弯曲与界面调控

掺杂引起的能带弯曲效应可调控异质结界面处的势垒高度，影响载流子的传输和复合过程，从而优化器件的光电转换效率。

3.非易失性调控

铁电掺杂可实现对MoTe₂能带结构的非易失性、可逆调控，适用于可重构光电器件和神经形态计算。