硅烯场效应晶体管中电子自旋和谷自由度的全电学调控
[Abstract]:Since the preparation of graphene, many new two-dimensional materials, such as hexagonal boron nitride, molybdenum disulfide and black phosphorus, have attracted much attention in the field of physics and material science. As a graphene-like structure, silene has warped structure, because of its electron fusion valley, spin and other multiple degrees of freedom, it is one of the most important objects in the frontier field in recent years. It was prepared by Vogt et al in 2012. The research on the electronic properties of silicene materials has further promoted the development of the concept, theory and application of modern electronics. Based on the latest research progress of silicene experiment and theory, a novel field effect transistor (FET) device is designed based on the novel physical properties of silene, and the method of all-electric control of spin and valley degrees of freedom is proposed theoretically. The main contents are as follows: in the first chapter, the rise, preparation and application prospect of two-dimensional materials, the structure and basic electronic properties of silene materials, and the research progress of experiment and theory based on two-dimensional material field effect tubes are introduced. The second chapter briefly introduces the theoretical methods commonly used to study the electron transport properties of silene FET, including effective mass model-Dirac equation theory, tight binding approximation method, Landauer-Buttiker theory, Green's function method and density functional theory. The third chapter mainly describes how to use antiferromagnetic field to realize the independent control of spin and valley degrees of freedom of silene. By using the effective mass Dirac equation and Landauer-Buttiker theory, it is proved that a valley selective spin filter (VSSF). Supporting single valley and single spin transport can be realized in a silene FET constructed by a npn structure. An antiferromagnetic exchange field and a vertical electric field are applied to the p-type doped region of the FET. The realization of the VSSF characteristics is due to the electronically controlled state of the spin-polarized single-valley Dirac cone. These results are consistent with some previous theoretical results and the energy band results of first-nature calculations. In chapter 4, a new scheme to realize all-electric control of spin-valley degree of freedom of silicene is introduced in detail. Through theoretical derivation and numerical calculation, we discuss spin valley polarization transport in ferromagnetic silicon devices, in which ferromagnetic silicon devices are partially controlled by interlaminar electric field (zE), and the spin valley polarization transport in ferromagnetic silicon devices is controlled locally by the interlayer electric field. A valley spin filter with 100% valley selective spin polarization transport can be realized by adjusting the zE electric field. Our results provide an effective way to control both the valley and spin degrees of freedom in future logic circuits. The fifth chapter gives the summary and prospect.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN386
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,本文编号:2466276
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