隨著半導體行業(yè)對器件小型化的要求及納米科學技術的蓬勃發(fā)展,石墨烯及不斷出現(xiàn)的類石墨烯二維材料引起了人們廣泛的研究興趣。這些二維材料由于只有單原子層厚度,表現(xiàn)出了與塊材迥異的物理性質,給半導體行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇,背后隱含的物理機制也受到人們不斷的挖掘。本文采用密度泛函理論結合非平衡格林函數(shù)的方法,研究了石墨烯及幾種石墨烯氮化材料的電子結構及輸運性質,發(fā)現(xiàn)了電子結構的有效的調控手段及有趣的電子輸運現(xiàn)象,闡述了現(xiàn)象背后的物理機制,為納電子器件的設計和應用提供了良好的備選。利用鋸齒形石墨烯納米帶對邊緣結構非常敏感的特點,不同于已報道的邊緣修飾異質原子或者邊緣碳環(huán)重構的調控方法,本論文首次將線性碳鏈垂直生長于納米帶的邊緣,使碳鏈并不是沿著電子傳輸?shù)姆较?而是垂直于電子傳輸?shù)姆较?構建了新的納電子器。發(fā)現(xiàn)電子輸運性質與碳鏈的原子數(shù)密切相關且具有奇偶性,這主要來源于奇偶數(shù)碳鏈中的雙鍵和單三鍵相間兩種碳碳鍵型,前者破壞了納米帶的σ操作對稱性,使得費米能級附近的能帶可以互相耦合,電流變大。本研究實現(xiàn)了通過碳鏈中碳原子數(shù)目對電子輸運進行有效調控目的。利用二維C_2N材料中分布C、N兩種異質原子和孔洞的結構特點,將其剪裁成邊緣形貌各異的鋸齒形和扶手椅形納米帶,通過結構自身的邊緣形貌和邊緣異質原子修飾這兩種手段實現(xiàn)對C_2N納米帶的電子結構的有效調控,并構建由不同寬度納米帶構成的和由不同電子性質納米帶構成的納電子器件,實現(xiàn)了偏壓調控的金屬和絕緣體之間的轉換,發(fā)現(xiàn)了負微分電阻效應、多重負微分電阻效應、整流等有趣的電子輸運現(xiàn)象,整流比高達10~(10)。此外,由于C_2N結構中均勻分布孔洞,比較適合功能化,于孔洞中心進行過渡金屬原子摻雜,實現(xiàn)了對C_2N納米帶的電子結構和磁性的有效調控,并將自旋極化率提高至100%,為C_2N未來的器件應用提供基礎的理論指導。二維C_3N材料和C_2N材料比較相似,都有C、N兩種異質原子,但是前者不存在較大的孔洞,因此二維的C_3N剪裁成納米帶后的邊緣形貌主要取決于邊緣原子的種類,本論文著重研究邊緣原子種類對C_3N納米帶電子結構的調控,發(fā)現(xiàn)C_3N納米帶是否為半導體取決于氮原子是否同時出現(xiàn)在上下邊緣。通過將不同邊緣種類的納米帶構建成臺階式雙極型器件,研究了邊緣種類、臺階大小和界面勢壘對電子輸運現(xiàn)象的影響,發(fā)現(xiàn)了整流二極管行為、負微分電阻效應等有趣的物理現(xiàn)象。C_3N材料的簡單剪裁方法和豐富的電子輸運性質有利于其在納米電子器件領域的應用。
【學位單位】：南京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN36;TB383.1
【部分圖文】：

2建的納米結構和分子結構[3]：（a）Xe 原子位于 Ni 表面以形成“IBM”徽標；（b原子形成的量子圍欄，圍欄內的波紋由表面狀態(tài)電子的散射引起；（c）量子幻 數(shù)據(jù)，而下圖是 dI/dV 圖；（d）單個分子復合物 FeCO（上圖）和 Fe(CO)2（子操縱：在 Si（100）上形成的 C60分子線（~25nm 長）；（f）由沿 Cu 表面的臺分子形成的分子算盤。學技術的發(fā)展，科學家們發(fā)現(xiàn)和制備出越來越多，越來越新穎的納米度的不同，可以分為以下幾類：維納米材料：指在三個維度上的尺寸都處于納米范圍，代表結構有；Ag 、Au 等各類金屬團簇；各類微單晶、非晶體納米顆粒。維納米材料：指有兩個維度的尺寸處于納米尺度，另外一個維度處

圖 1.2 不同形貌的納米結構[8]米結構的發(fā)展，使人們認識和改造物質的能量延伸到了原子、分子水平，納米的不斷揭示，加深了人們對物質構成及性能的認識，激勵人們去研究更多的納開發(fā)新的功能、新的用途。納米科技的迅速發(fā)展將引發(fā)新的工業(yè)革命。隨著現(xiàn)，器件向著小型化發(fā)展。而半導體器件的極限線寬是 100 納米，這也正好是納長度。低于這一長度，由于量子效應，所有元件必須按照納米科技原理來設計米尺度器件的理論和技術問題是形勢所趨，必須要突破目前的工業(yè)發(fā)展瓶頸，器件的集成工藝。目前制備納米結構材料的方法主要有物理和化學兩種方法，法、濺射法、蒸發(fā)沉淀法、冷凍干燥法、混合等離子法等，后者包括水解法、沉原法、噴霧法及激光合成法等。納米結構是未來信息科技和生命科技的基礎，發(fā)展大力推動著社會的進步，隨著研究的深入，未來納米結構材料將普遍地應

文 蜂窩晶格的周期性勢能的相互作用產(chǎn)生方程精確描述，有效速度約為光速的三米子的準粒子可以被看作是失去其靜止上電子波的相對論性描述在理論研究上發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在提供了一種通過測量石墨烯的0, 13]。
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本文編號：2894331