【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)的蓬勃發(fā)展,以傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的微電子器件由于受原理性的物理限制和生產(chǎn)工藝的限制,如今已經(jīng)達(dá)到其發(fā)展的極限。廣大科研工作者想到利用納米尺度的分子來構(gòu)造具有不同功能的分子器件來解決這種困境。隨著越來越多的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,如掃描隧道顯微鏡(STM)、力學(xué)可控劈裂結(jié)、自組裝單層膜和電遷移等,使得人們能夠設(shè)計(jì)和測量不同功能的分子器件。通過對分子器件的大量研究,人們發(fā)現(xiàn)了很多與傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體所構(gòu)成的微電子器件類似的功能,例如分子整流、負(fù)微分電阻、存儲(chǔ)功能和分子開關(guān)等。由于分子開關(guān)是未來分子電路和信息存儲(chǔ)的基礎(chǔ),它的研究顯得十分重要。分子開關(guān)是一種在不同觸發(fā)條件下形成兩種不同電導(dǎo)特性的雙穩(wěn)態(tài)的量子系統(tǒng)。常見的觸發(fā)條件有STM、氧化還原反應(yīng)、電場調(diào)控以及光等。在這所有的觸發(fā)條件中,光刺激法是最容易被應(yīng)用于未來,因?yàn)樗菀准?易于尋址開光響應(yīng)速率快,且觸發(fā)條件簡單方便。在本文的工作中,我們通過基于密度泛函理論(DFT)和非平衡態(tài)格林函數(shù)理論(NEGF)相結(jié)合的第一性原理計(jì)算,研究了以金為電極,二噻吩乙烯、海因基衍生物和二氰基乙烯衍生物分別為中間散射區(qū)分子所構(gòu)成的雙電極系統(tǒng)的電子輸運(yùn)性質(zhì)。其內(nèi)容和結(jié)論有:(1)通過分析二噻吩乙烯兩種不同結(jié)構(gòu)的I-V曲線發(fā)現(xiàn),通過閉合形式的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其開放形式的電流,我們利用器件的投影自洽哈密頓分布以及不同偏壓下的總透射情況闡述了開關(guān)行為的起源;(2)在討論海因基衍生物的I-V曲線時(shí),我們發(fā)現(xiàn)通過反式結(jié)構(gòu)分子器件的電流要顯著的高于順式結(jié)構(gòu)下的電流,呈現(xiàn)出明顯的開關(guān)特性,此外,我們發(fā)現(xiàn)通過添加氟原子后,顯著改善了這種開關(guān)的性能;(3)二氰基乙烯衍生物的I-V曲線顯示了通過順式結(jié)構(gòu)的電流較高,該分子器件的順反兩種不同結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)性質(zhì)的詳細(xì)討論是通過他們的透射譜以及投影自洽哈密頓量本征態(tài)。此外,順式結(jié)構(gòu)的分子器件在高偏壓下出現(xiàn)了負(fù)微分電阻現(xiàn)象,我們通過其HOMO能級(jí)處的透射本征態(tài)解釋了該現(xiàn)象。
[Abstract]:With the rapid development of computer, the microelectronic devices based on traditional silicon semiconductor materials have reached the limit of development due to the physical limitation of principle and the limitation of production technology. Many researchers think of using nanoscale molecules to construct molecular devices with different functions to solve this dilemma. With the development of more and more advanced experimental techniques, such as (STM), mechanical controlled splitting, self-assembled monolayer and electromigration, people can design and measure molecular devices with different functions. Through a lot of research on molecular devices, we have found many similar functions to traditional silicon based semiconductor devices, such as molecular rectification, negative differential resistance, memory function and molecular switch, etc. Because molecular switch is the basis of future molecular circuit and information storage, its research is very important. Molecular switch is a bistable quantum system with two different conductance characteristics under different trigger conditions. Common triggering conditions include STM, redox reaction, electric field regulation and light. Among all the trigger conditions, the optical stimulation method is the easiest to be applied in the future, because it is easy to integrate, to address the light response rate quickly, and the trigger condition is simple and convenient. In the work of this paper, based on density functional theory (DFT) and non-equilibrium Green's function theory (NEGF), we study the behavior of dithiophene with gold as electrode. The electron transport properties of a two-electrode system composed of Heinyl derivatives and dicyanoethylene derivatives are intermediate scattering region molecules, respectively. The main contents and conclusions are as follows: (1) by analyzing the I-V curves of two different structures of dithiophene and ethylene, it is found that the current in closed form is much larger than that in open form. The origin of switching behavior is explained by using the projective self-consistent Hamiltonian distribution of the device and the total transmission at different bias voltages. (2) when we discuss the I-V curves of Heinky derivatives, We found that the current of the transstructural molecular device was significantly higher than that of the cis structure, showing obvious switching characteristics. In addition, we found that after adding fluorine atoms, (3) the I-V curves of dicyanene derivatives show that the current passing through the cis structure is higher. The electron transport properties of the molecular devices with two different structures are discussed in detail through their transmission spectra and projective self-consistent Hamiltonian eigenstates. In addition, there is a negative differential resistance phenomenon in cis structure molecular devices at high bias voltage, which is explained by the transmission eigenstates at the HOMO level.
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O561

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本文編號(hào)：2259435