石墨烯电子输运性质的研究

发布时间：2017-10-13 02:30

  本文关键词：石墨烯电子输运性质的研究

  更多相关文章： 石墨烯 电子输运 透射率 电子迁移率

【摘要】：石墨烯独特的电学特性,自发现以来成为未来元器件热门备选材料,特别是在纳米元器件领域。为研究石墨烯材料在器件中的电极中应用,本文基于石墨烯高的电子迁移率和可变化带隙的特性构建石墨烯超晶胞与电极接触结构,分析电场偏压下石墨烯与电极材料接触的电子输运特性。首先,本文构建金电极下石墨烯超晶胞与之接触的结构,通过沿Z轴顺时针旋转石墨烯的超晶胞设计,寻找到在60度时,结构的透射率最大。此时结构中石墨烯的碳碳原子成键的方向同散射区金原子成键比较匹配。在左右电极偏压下,30度时接触电极的电流值最大,散射源中的电子经过石墨烯内,石墨烯中电子对其散射较小。同时通过电导率图像得到接触电极负微分电阻的分布情况和接触结构中电子充放电振荡情况。其次,依据石墨烯的零带隙和原子掺杂下具有可变带隙性质,设计硼原子与氮原子吸附情况。比较硼、氮原子吸附能最大情况下石墨烯带隙改变情况,硼原子在H位置处吸附时和氮原子在B位置吸附时,对石墨烯能带影响比较大。本文构造硼、氮原子吸附后的石墨烯与金电极接触结构,分析原子吸附对石墨烯作为器件电极材料的电子输运性能影响。硼原子在T位置吸附下接触电极的最大电流为14.7776μA,硼原子对石墨烯吸附作用导致电子在石墨烯材料中的输运性能优异于未掺杂的零带隙石墨烯材料。同时硼原子吸附时电极的充放电本领更强。最后比较旋转石墨烯晶胞和硼／氮原子吸附两种研究方法,电压在-1V～1V范围内,吸附情况下电极电导率值大于旋转情况。硼或氮吸附之后,与石墨烯中碳原子形成的空穴或者电子加强了电极中电子的输运能力。我们可以得出,硼或氮原子吸附石墨烯对电极电流传输能力影响大于旋转石墨烯情况。
【关键词】：石墨烯 电子输运 透射率 电子迁移率
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-18
• 1.1 石墨烯简介11-14
• 1.1.1 石墨烯的发现和几何结构11-13
• 1.1.2 石墨烯的电子特性13-14
• 1.1.3 石墨烯的吸附特性14
• 1.2 石墨烯在半导体器件中应用14-16
• 1.2.1 研究现状14-15
• 1.2.2 未来研究的新领域15-16
• 1.3 本文研究内容与意义16-18
• 1.3.1 本文主要研究工作16-17
• 1.3.2 本文研究方法和意义17-18
• 2 计算方法与理论18-24
• 2.1 第一性原理18
• 2.2 密度泛函(DFT density function theory)18-20
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理(H-K定理)19
• 2.2.2 Kohn-Sham方程(K-S方程)19-20
• 2.3 局域密度近似和广义梯度近似20-21
• 2.3.1 局域密度近似(local-density approximation,LDA)20-21
• 2.3.2 广义梯度近似(general gradient approximation,GGA)21
• 2.4 常用软件包及ATK(Atomistix ToolKit)介绍21-24
• 2.4.1 基于密度泛函理论的常用软件包21-22
• 2.4.2 ATK(Atomistix ToolKit)软件包22-24
• 3 电极模型与结构设计24-36
• 3.1 电极模型与结构24-31
• 3.1.1 电极模型24-26
• 3.1.2 金(Au)电极构造26-28
• 3.1.3 电极结构之Graphene超晶胞28-31
• 3.2 石墨烯晶胞的吸附31-34
• 3.2.1 吸附原子与位置的选取31
• 3.2.2 吸附体系的能量31-33
• 3.2.3 吸附对石墨烯能带的影响33-34
• 3.3 电极中石墨烯晶胞的放置34-36
• 3.3.1 石墨烯晶胞的最佳位置34-35
• 3.3.2 石墨烯超晶胞的旋转35-36
• 4 计算结果分析36-47
• 4.1 石墨烯晶胞旋转36-41
• 4.1.1 旋转的透射率36-38
• 4.1.2 旋转的I-V、dI/dV图像38-41
• 4.2 石墨烯超晶胞吸附硼或氮原子41-47
• 4.2.1 吸附体系下接触电极的透射率41-43
• 4.2.2 吸附体系下的I-V图像以及吸附的dI/dV图像43-47
• 5 结论47-48
• 参考文献48-52
• 作者简历52-54
• 学位论文数据集54

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7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

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1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

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1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

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1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

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9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

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