石墨烯分子整流器件的电子输运性质研究

发布时间：2020-08-11 10:08

【摘要】：纳米电子器件在近些年受到了广泛关注。而作为最基本的功能型分子器件的分子整流器,在未来的电子逻辑电路中发挥着重要作用。关于如何提高整流器件的性能,科学家们在理论和实验上给出了多种方法。随着石墨烯更多优良的电学性质被发现,石墨烯还被认为是可取代硅基半导体材料的理想候选材料。本文采用非平衡态格林函数(NEGF)结合密度泛函理论(DFT)的第一性原理,研究了基于石墨烯纳米带的分子整流器件的电子传输特性。提出了掺杂,边缘修饰和裁剪来改善器件的性能。我们这项工作的主要内容和结论有:(1)通过研究硼、磷原子共掺杂的10-AGNR器件两种结构下的电流-电压特性曲线,我们发现其呈现出明显的不对称性,出现了很强的整流行为。10-AGNR器件中间的碳原子被硼、磷原子替换掺杂,其整流比高达10~7。器件的不对称掺杂可以产生明显的反向整流,可用于设计性能优良的分子整流器。当掺杂原子从10-AGNR器件的中间转移到边缘,所观察到的整流效果减小。杂质原子掺杂在不同的地方会改变器件的电输运性质,这对未来基于石墨烯的整流器的设计起着重要作用。(2)通过研究OH/NH_2,OH/NO_2和OH/SO_2做边缘修饰的12-ZGNRs器件的电子传输性质,我们发现对于具有OH/NH_2,OH/NO_2修饰边缘的器件,电流显示出明显的对称性,表现出较弱的整流效应。对于OH/SO_2边缘修饰的12-ZGNRs器件,最大整流比和最大反向整流比分别可以达到2076.33和1937.33。结果表明,OH/SO_2的边缘修饰对器件的电子输运有积极的影响,可能成为未来石墨烯整流器设计的潜在应用。(3)研究了将右半部分别裁剪掉1、3、5层碳原子的AGNRs器件的电子输运性质。对于裁剪了1、3层碳原子的AGNRs器件,在整个偏压范围内,电流—电压曲线显示出较明显的对称性,表现出较弱的整流效应。对于裁减了5层的AGNRs器件,其最大整流比和最大反向整流比分别可以达到259和218。结果表明,裁剪会给石墨烯纳米带器件的电子传输产生一定的影响,可以为未来高品质的石墨烯基整流器的研发指导方向。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM461
【图文】：

学门类本质上研究的就是分子这个层面上的子簇构建具有场效应、开关和整流等[8,9]基础性硅基器件，用以组成逻辑电路，最终可以构建主要有以下几种：如整流效应[5,11]，负微分电磁电阻效应[14]等。尽管纳米级的分子器件离实不过随着时间的推移和在科学家们持续深入研要角色，发挥重要作用。是电路的一个重要组成部分，由于其在理论和一。分子整流的想法是来自 A.Aviram 和 M.给体 键桥 受体型的有机分子可以制备整的分子结构不完全对称会引起整流效应。以下型的整流器。分子导线、分子开关、分子整流器和分子场逻辑功能。

江南大学硕士学位论文tner 两位科学家构建的整流模型的非对称分子结acceptor）分别表示电子给体和受体，两者之间采电子表现为阳性,而受主A恰恰相反，所以这种模零偏压状态，在费米能级下面的价带处于近乎被带则处于电子未占据的状态，此时没有电流通过压，模型器件 D 的费米能级会升高，A 的则降低大。因为如果器件中 D 和 A 的不同电子轨道有共很多电子从一端迁移至另一端。经常是模型处于很大电流，这才可能会有整流效应。流

这才可能会有整流效应。流 1-1-2 Ashwell 等提出的 C16H33Q-3CNQ 分子结构示D-σ-A 型整流电子器件的设想后，研究人员提16]提出以两性离子 C16H33Q-3CNQ 分子作为整流体、中间的π桥和 3CNQ 受体部分三个部分构π桥 (不饱和)来代替 Aviram 等提出的σ桥 (饱成了 D-π-A 型整流器的制作。其中，整流效应了不对称的电子输运而导致的。流

【参考文献】

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1 张宏川,崔学桂,姜建壮;分子电子学与分子电子器件[J];山东大学学报(理学版);2002年04期

本文编号：2788935