本文關(guān)鍵詞：石墨烯電子輸運性質(zhì)的研究

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【摘要】：石墨烯獨特的電學特性,自發(fā)現(xiàn)以來成為未來元器件熱門備選材料,特別是在納米元器件領(lǐng)域。為研究石墨烯材料在器件中的電極中應(yīng)用,本文基于石墨烯高的電子遷移率和可變化帶隙的特性構(gòu)建石墨烯超晶胞與電極接觸結(jié)構(gòu),分析電場偏壓下石墨烯與電極材料接觸的電子輸運特性。首先,本文構(gòu)建金電極下石墨烯超晶胞與之接觸的結(jié)構(gòu),通過沿Z軸順時針旋轉(zhuǎn)石墨烯的超晶胞設(shè)計,尋找到在60度時,結(jié)構(gòu)的透射率最大。此時結(jié)構(gòu)中石墨烯的碳碳原子成鍵的方向同散射區(qū)金原子成鍵比較匹配。在左右電極偏壓下,30度時接觸電極的電流值最大,散射源中的電子經(jīng)過石墨烯內(nèi),石墨烯中電子對其散射較小。同時通過電導率圖像得到接觸電極負微分電阻的分布情況和接觸結(jié)構(gòu)中電子充放電振蕩情況。其次,依據(jù)石墨烯的零帶隙和原子摻雜下具有可變帶隙性質(zhì),設(shè)計硼原子與氮原子吸附情況。比較硼、氮原子吸附能最大情況下石墨烯帶隙改變情況,硼原子在H位置處吸附時和氮原子在B位置吸附時,對石墨烯能帶影響比較大。本文構(gòu)造硼、氮原子吸附后的石墨烯與金電極接觸結(jié)構(gòu),分析原子吸附對石墨烯作為器件電極材料的電子輸運性能影響。硼原子在T位置吸附下接觸電極的最大電流為14.7776μA,硼原子對石墨烯吸附作用導致電子在石墨烯材料中的輸運性能優(yōu)異于未摻雜的零帶隙石墨烯材料。同時硼原子吸附時電極的充放電本領(lǐng)更強。最后比較旋轉(zhuǎn)石墨烯晶胞和硼／氮原子吸附兩種研究方法,電壓在-1V～1V范圍內(nèi),吸附情況下電極電導率值大于旋轉(zhuǎn)情況。硼或氮吸附之后,與石墨烯中碳原子形成的空穴或者電子加強了電極中電子的輸運能力。我們可以得出,硼或氮原子吸附石墨烯對電極電流傳輸能力影響大于旋轉(zhuǎn)石墨烯情況。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 電子輸運 透射率 電子遷移率
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-18
• 1.1 石墨烯簡介11-14
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)和幾何結(jié)構(gòu)11-13
• 1.1.2 石墨烯的電子特性13-14
• 1.1.3 石墨烯的吸附特性14
• 1.2 石墨烯在半導體器件中應(yīng)用14-16
• 1.2.1 研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 未來研究的新領(lǐng)域15-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容與意義16-18
• 1.3.1 本文主要研究工作16-17
• 1.3.2 本文研究方法和意義17-18
• 2 計算方法與理論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 局域密度近似和廣義梯度近似20-21
• 2.3.1 局域密度近似(local-density approximation,LDA)20-21
• 2.3.2 廣義梯度近似(general gradient approximation,GGA)21
• 2.4 常用軟件包及ATK(Atomistix ToolKit)介紹21-24
• 2.4.1 基于密度泛函理論的常用軟件包21-22
• 2.4.2 ATK(Atomistix ToolKit)軟件包22-24
• 3 電極模型與結(jié)構(gòu)設(shè)計24-36
• 3.1 電極模型與結(jié)構(gòu)24-31
• 3.1.1 電極模型24-26
• 3.1.2 金(Au)電極構(gòu)造26-28
• 3.1.3 電極結(jié)構(gòu)之Graphene超晶胞28-31
• 3.2 石墨烯晶胞的吸附31-34
• 3.2.1 吸附原子與位置的選取31
• 3.2.2 吸附體系的能量31-33
• 3.2.3 吸附對石墨烯能帶的影響33-34
• 3.3 電極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 石墨烯超晶胞的旋轉(zhuǎn)35-36
• 4 計算結(jié)果分析36-47
• 4.1 石墨烯晶胞旋轉(zhuǎn)36-41
• 4.1.1 旋轉(zhuǎn)的透射率36-38
• 4.1.2 旋轉(zhuǎn)的I-V、dI/dV圖像38-41
• 4.2 石墨烯超晶胞吸附硼或氮原子41-47
• 4.2.1 吸附體系下接觸電極的透射率41-43
• 4.2.2 吸附體系下的I-V圖像以及吸附的dI/dV圖像43-47
• 5 結(jié)論47-48
• 參考文獻48-52
• 作者簡歷52-54
• 學位論文數(shù)據(jù)集54

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本文編號：1022344