黑磷烯纳米带电子隧穿及气体分子吸附效应

发布时间：2020-12-10 00:03

　　二维层状材料因其独特的几何结构和电学性质,受到人们越来越广泛的关注,有望在半导纳米体器件应用中成为传统块体材料的代替者.近年来,实验上成功制备出一种具有类石墨烯蜂窝状结构的新型二维材料—黑磷烯.由于黑磷烯具有优越的光电特性,且有着可调谐的带隙（0.3-2.0 eV）、极高的表面积体积比、较高的载流子迁移率(¹000 cm² V^-11 s^-1)和电流开关比（10⁵）,使其在光电子器件、场效应晶体管和气敏传感器等领域中有着较广泛的应用潜力.然而现有理论研究表明边缘未钝化扶手型黑磷烯纳米带（APNR）为间接带隙半导体,并且载流子迁移率较低;而边缘未钝化锯齿型黑磷烯纳米带（ZPNR）有着金属性质.因此如何调控黑磷烯纳米带（PNR）电子结构,对金属-半导体结、隧穿场效应晶体管及分子吸附气体传感器中电子输运性质的研究具有重要理论意义.本文基于第一性原理对黑磷烯纳米带电子隧穿及气体分子吸附影响进行了以下研究:（1）边缘钝化对锯齿型黑磷烯纳米带金属-半导体结整流性能的影响采用密度泛函理论及非平... 

【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

常见二维层状材料的能带图[41].

二维层状材料问世以后,各个领域均表现出较好的应用潜力,这是由于二维层状材料较传统体硅材料具有天然优势:第一,二维层状材料通常是单原子或几个原子层厚度,超薄厚度具有更高效的栅压响应速度[43],表现出更陡峭的亚阈值摆幅.第二,二维层状材料表面较整洁光滑.与金属源漏电极材料接触形成优良的接触界面,减少接触界面缺陷造成输运电子的损失.此外,光滑整洁的表面会因其较少的缺陷或杂质态降低电子在沟道传递过程中的散射,从而获得更高载流子迁移率以及更优秀的器件性能.第三,二维层状材料具有非常优秀的力学延展性[44],较体硅材料能承受较大的应变和晶格失配,可以制备各种不同组分不同组合的二维材料异质结[45],极大拓宽其应用潜力.此外,好的力学延展性还在未来柔性电子器件以及可穿戴智能器件中得到广泛应用.图1.6为二维材料柔性电子器件[44].由于二维层状材料具有这些独特优势,在各类纳米量子器件中[46-52]受到广泛关注,有望在半导体纳米体器件应用中成为传统块体材料的代替者.厚度小于7.5 nm的黑磷烯场效应晶体管[31]在室温下可以获得106的电流开关比和1000 cm2V-1s-1的载流子迁移率,如图1.7所示.

由于二维层状材料具有这些独特优势,在各类纳米量子器件中[46-52]受到广泛关注,有望在半导体纳米体器件应用中成为传统块体材料的代替者.厚度小于7.5 nm的黑磷烯场效应晶体管[31]在室温下可以获得106的电流开关比和1000 cm2V-1s-1的载流子迁移率,如图1.7所示.基于磷烯纳米带金属-半导体肖特基接触[53]结构整流比达到107.沟道长度在亚10 nm的平面内过渡金属硫化物肖特基场效应晶体管[54]亚阈值摆幅接近60 mV/decade,如图1.8所示.


本文编号：2907705