低维场效应管的电荷输运：金属门电极界面效应的影响

发布时间：2017-06-11 22:07

  本文关键词：低维场效应管的电荷输运：金属门电极界面效应的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：单原子层厚度的二维材料在场效应晶体管、传感器、光伏和光电设备上的应用具有非常大的吸引力。本文利用基于密度泛函理论及非平衡格林函数相结合的量子输运方法,研究了金属门电极与二维材料间的界面效应对纳米场效应管电荷输运的影响,主要得到了以下几个结论:1、采用第一性原理非平衡格林函数方法,我们研究了石墨烯场效应晶体管中采用Cu和Ni修饰Cu(Ni@Cu)作为Cu基门电极时与石墨烯的界面效应对器件电输运的影响。我们发现中心散射区中Cu和Ni@Cu作为门电极会抑制石墨烯传输电导。更为重要的是,在费米能级附近引入了明显的传输带隙,沿扶手型方向和锯齿形方向传输时Cu(111)门电极使石墨烯传输带系在费米能级附近分别增至0.55e V和0.45e V。沿扶手型方向传输时Ni@Cu门电极使石墨烯传输带系在费米能级附近进一步扩大至0.6e V,而沿锯齿形方向传输却并没有变化,依然为0.45e V。在非平衡条件下由于传输带隙的影响器件出现了可观的电流截止区。门电极Ni@Cu对石墨烯传输电导的抑制现象比门电极Cu对石墨烯传输电导的抑制现象更加明显,并且沿扶手型方向传输时门电极Ni@Cu会进一步扩大传输带隙。界面效应对器件电荷输运的影响源于Cu基金属电极对石墨烯电子态分布的影响。门电极Cu和Ni@Cu引起了石墨烯的电子态局域化,阻碍了石墨烯的电子输运。Ni修饰后石墨烯和Cu之间的相互作用由物理相互作用转变为化学相互作用,因此,门电极Ni@Cu会进一步导致石墨烯的电子态局域,进一步被抑制传输。我们的研究表明在石墨烯场效应晶体管中,Cu基门电极能够有效地打开石墨烯的传输带隙,这有利于提高石墨烯晶体管的性能。2、我们采用第一性原理方法研究了磷烯与常用金属(Al,Au,Ag,Co,Ni)的界面效应。与石墨烯和过渡金属硫化物相比,磷烯与金属的相互作用较强,因此,金属衬底对磷烯的能带结构的影响较大。根据磷烯-金属的结合程度和磷烯能带结构的杂化程度,可将磷烯与金属的相互作用分为两类:(1)由于较小的结合能和更远的层间距离,磷烯和Al,Ag和Au之间形成较弱的相互作用,磷烯的结构得以保留,此时,金属衬底对磷烯形成N型掺杂效应;而(2)由于较大的结合能和更近的层间距离,磷烯和Co和Ni之间形成较强的相互作用,破坏了磷烯的结构和电子结构。以上研究结果准确的印证了前人工作,并为我们继续探索金属门电极与磷烯间的界面效应对磷烯纳米器件电输运性能的影响奠定了前期理论基础。
【关键词】：石墨烯 铜基门电极 传输带隙 阈值电压 磷烯
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 石墨烯和磷烯简介9-16
• 1.1.1 石墨烯的出现及性能9-10
• 1.1.2 金属基底对石墨烯电性质的影响10-12
• 1.1.3 磷烯的出现及其性能12-13
• 1.1.4 磷烯同素异形体的能带结构及其调制方法13-15
• 1.1.5 金属衬底对磷烯性质的影响15-16
• 1.2 石墨烯和磷烯的制备方法简介16-19
• 1.2.1 石墨烯的主要制备方法16-18
• 1.2.2 磷烯的制备方法18-19
• 1.3 石墨烯和磷烯的应用19-22
• 1.3.1 石墨烯的应用19-20
• 1.3.2 磷烯的应用20-22
• 1.4 本文主要的研究内容22-24
• 第2章 研究方法和理论背景24-30
• 2.1 密度泛函理论24-27
• 2.1.1 玻恩-奥本海默绝热近似24
• 2.1.2 霍恩伯格-科恩定理24-25
• 2.1.3 Kohn-Sham方程25-26
• 2.1.4 交换关联泛函26-27
• 2.2 格林函数方法27-29
• 2.3 本论文采用的计算软件包29-30
• 第3章 铜基门电极对石墨烯电输运性质的影响30-39
• 3.1 引言30-31
• 3.2 计算模型与方法31-32
• 3.3 结果与讨论32-37
• 3.3.1 结构稳定性32-33
• 3.3.2 电输运性质33-37
• 3.4 小结37-39
• 第4章 金属对磷烯结构及电子性质的影响39-46
• 4.1 引言39-40
• 4.2 计算模型与方法40-41
• 4.3 结果与讨论41-45
• 4.4 小结45-46
• 第5章 总结与展望46-48
• 5.1 工作总结46
• 5.2 工作展望46-48
• 参考文献48-54
• 致谢54-55
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果55

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本文编号：442578