石墨烯纳米带及其场效应管的电子输运特性研究

摘要

石墨烯纳米带作为一种新型碳纳米材料，由于尺度达到了纳米级而出现一些奇特的性能，并可通过控制其几何构型或掺杂来调节其电子输运性能。这意味着对石墨烯纳米带的研究对于下一代新型纳米电子器件的制作与分析具有重要意义。 本文研究的主要内容是石墨烯纳米带和由石墨烯纳米带构成的场效应管的电子输运特性分析，分为两个方面: (1)基于密度泛函理论与非平衡格林函数方法，研究了石墨烯纳米带的电子输运特性，分析了不同手性、不同宽度、不同原子边界饱和的石墨烯纳米带以及静电掺杂对其输运特性的影响，分析对比了能带图、电子态密度、电子传输谱以及伏安特性曲线。结果发现锯齿形(ZGNR)表现出良好的金属性，而扶手形(AGNR)则反映出半导体性;ZGNR的宽度越大，对电流抑制区间的越大，AGNR的宽度越大，其导通电压的值越小。 (2)采用了纳米半导体器件的多尺度仿真方法，基于密度泛函理论提取体系哈密顿量，利用最局域化方法构建紧束缚哈密顿量。实现了对真实纳米电子器件的性能预测，分析了石墨烯纳米带场效应管的输运特性，包括不同沟道宽度、不同原子边界饱和的影响。结果发现不同原子的边界饱和的相比较于沟道宽度，更加能调制石墨烯纳米带场效应管的输运特性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2石墨烯研究进展

1．2．1石墨烯的制备

1．2．2石墨烯的几何结构和能带结构

1．2．3石墨烯能隙的引入

1．3石墨烯纳米带的研究进展

1．3．1石墨烯纳米带的制备

1．3．2石墨烯纳米带的几何结构

1．3．3石墨烯纳米带的应用前景

1．4本文的研究目的和内容安排

2密度泛函理论以及非平衡格林函数

2．1引言

2．2密度泛函理论

2．2．1 Thomas-Fermi模型

2．2．2 Hohenberg-Kohn定理

2．2．3 Kohn-Sham方程

2．2．4密度泛函紧束缚近似理论

2．3基于密度泛函理论的非平衡格林函数计算电子输运

2．3．1边界条件

2．3．2密度矩阵

2．3．3平衡态下的复围道积分

2．3．4非平衡态密度矩阵

2．3．5非平衡有效势

2．3．6电流计算公式

2．4本文所涉及的开源程序包简介

2．5本章小结

3石墨烯纳米带的电子输运特性

3．1引言

3．2不同手性石墨烯纳米带的输运性质

3．2．1计算模型和方法

3．2．2输运特性分析

3．3不同原子边界饱和的石墨烯纳米带的输运性质

3．3．1计算模型和方法

3．3．2输运特性分析

3．4静电掺杂对石墨烯纳米带输运特性的调控

3．4．1计算模型和方法

3．4．2输运特性分析

3．5本章小结

4石墨烯纳米带场效应管的电子输运特性

4．1引言

4．2纳米器件模拟的多尺度框架

4．2．1从第一性原理到紧束缚哈密顿量

4．2．2从紧束缚哈密顿到器件输运仿真

4．3不同原子边界饱和的石墨烯场效应管的输运性质

4．3．1计算模型和方法

4．3．2输运特性分析

4．4不同沟道宽度的石墨烯场效应管的输运性质

4．4．1计算模型和方法

4．4．2输运特性分析

4．5本章小结

5总结与展望

5．1全文总结

5．2展望

致谢

参考文献

附录