一種復(fù)合摻雜方式調(diào)控石墨烯載流子濃度以及懸浮石墨烯等離激元的研究
發(fā)布時間：2022-01-08 23:23
單層石墨烯是由sp2雜化的碳原子組成的,具有六角蜂巢狀晶格結(jié)構(gòu),并且石墨烯表現(xiàn)出線性的能量色散關(guān)系,也就是能量E正比于動量k。特殊的結(jié)構(gòu)也使石墨烯具有很多優(yōu)異的性質(zhì),例如電子輸運中的量子反常霍爾效應(yīng)和克萊因隧穿。石墨烯的一個非常大的優(yōu)點是其載流子濃度極易調(diào)控,目前也已經(jīng)發(fā)展出了很多載流子濃度的調(diào)控方法（柵壓、離子液體、化學(xué)摻雜、表面吸附、光照等）。柵壓是應(yīng)用最廣的一種手段,而在實際應(yīng)用或?qū)嶒炑芯恐?柵壓也有一定的局域性。一些電路設(shè)計、測試儀器中并不能承受幾十甚至上百伏的高壓。在輕敲模式的AFM、SNOM測試中,較高的柵壓會使得針尖不能順利進(jìn)針掃描。最近報道的一種電子束輻照摻雜的方式,可以局域的改變石墨烯載流子濃度,但調(diào)控范圍較窄。這篇論文應(yīng)用硝酸（HNO3）摻雜結(jié)合電子束輻照的復(fù)合方式,可以較大范圍并且連續(xù)調(diào)控石墨烯載流子濃度。通過分析掃描近場光學(xué)顯微鏡（SNOM）和電輸運測試結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)此復(fù)合方式可以將石墨烯載流子濃度從2.08× 1013 cm-2調(diào)控至-1.49×1012 cm-2,效果相當(dāng)于常用的300nm二氧化硅介電層321 V的柵壓改變。且這種摻雜方式可以通過局域的曝光進(jìn)...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２石墨烯構(gòu)建的其他維度碳材料，引自文獻(xiàn)丨３］??
??第１章緒論???１．２石墨烯的簡介??１．２．１石墨烯的晶格和能帶結(jié)構(gòu)??石墨烯是由ｓｐ２雜化碳原子組成的六角蜂窩狀二維材料，碳原子的原子核外??電子軌道排布為：ｌｓ２２ｓ２２ｐ２，當(dāng)形成石墨烯時，２ｓ軌道上的一個電子被激發(fā)到??２ｐ軌道上，導(dǎo)致２ｓ，２ｐｘ，２巧形成面內(nèi)ｓｐ２雜化，碳原子與周圍兩個碳原子互成??１２０。形成共價鍵，Ｃ－Ｃ之間的〇鍵的長度為１．４埃，構(gòu)成了穩(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)。而??垂直平面的ｐｚ軌道上電子是離域的，這些電子構(gòu)成了垂直石墨烯平面的大７１鍵，??決定了石墨烯的電學(xué)性質(zhì)。石墨烯的電子云結(jié)構(gòu)如圖所示Ｌ３（ａ）所示。??石墨烯是由Ｃ原子組成的正六邊形結(jié)構(gòu)，相鄰兩個Ｃ原子不等價，相當(dāng)于??兩套三角形晶格構(gòu)成的復(fù)式晶格（圖１．３（ｂ）中的藍(lán)色和黃色晶格）。晶格基矢為：??ａ，－－（３，Ｖ３）?，?ａ２＝－＾（３，－Ｖ３）?（１－１）??２?２??其對應(yīng)的倒格矢為：??？?ｂ２?＝?—?（ｌ，－＼／３）?（１－２）??１?３ａ?３ａ??石墨烯中特別重要的兩個狄拉克點分別是Ｋ和ＩＣ點，如圖１．３（ｃ）它們在布里淵區(qū)??的位置分別是：??夂＝（竺，冬），反－＝（竺，－年）?（１－３）??３ａ?３ａ?３ｙｊ３ａ??Ｖ?ａｒ－＇?Ｉ?＼?？＇??圖１．３石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)和布里淵區(qū)，引自文獻(xiàn)丨３］?（ａ）石墨烯碳原子的ｓｐ２軌道雜化：０＞）??石墨烯的基本晶格結(jié)構(gòu)；（ｃ）石墨烯的布里淵區(qū)。??３??
?第１章緒論???ｖ？Ｍ（Ｔ？ｄｒ＇）??．減３１?／?－?－?１〇??＼ｊ?ｙ．ｐ?ｒ??＿?ｓＰ＾ｓｒ?＇＇?＼ｊ?－??—００?－６０?Ｃ?ＳＣ?１００?－?－?＿１〇??圖１．６霍爾電極示意圖及對應(yīng)的電輸運測量結(jié)果，引自文獻(xiàn)ｍ??在ｒｓ?＝?０附近，電導(dǎo)率（Ｊ也趨于零，存在最小電導(dǎo)，對于正、負(fù)柵壓Ｆｇ，??ｇ?ｈ?８??電導(dǎo)率〇都隨匕線性變化，而霍爾系數(shù)／？�。拊冢矗剑皟蓚�(cè)改變符號，正、負(fù)柵壓??下的載流子分別為電子和空穴。二維量子霍爾效應(yīng)在凝聚態(tài)物理中有很重要的地??位。通過Ｄｉｒａｃ方程來求解在垂直磁場下石墨稀載流子的Ｌａｎｄａｕ能級，結(jié)果為：??Ｅｎ＝＼＾ｆ２ｂ［ｎ?＋?＼±＾＼??Ｖ?Ｖ?２?＂?（１－８）??ｓｔ?ｆｔ??！?＾：：ｌ?－??ｎ？?１?廣??Ｅ，???＼???ＤＯＳ?ｈ、－，??ｎ＝ｒ－１?ｒ￣??．廣??ｎ?＝？?－＾３??圖丨．７?Ｌａｎｄａｕ能級態(tài)密度分布以及對應(yīng)的Ｈａｌｌ電阻平臺??這里的Ｌａｎｄａｕ能級之間并不是等間距的。其中正、負(fù)號表示兩個贗自旋。??最低的朗道能級Ｅ＝０．對應(yīng)于Ｎ＝０，即只能由贗自旋向下的費米子填充，而其他??更高的朗道能級（對應(yīng)Ｎ＾ｌ）可以由兩種贗自旋的費米子同時填充。因此，Ｅ＝０??的朗道能級的簡并度是其他能級的一半。??６??
本文編號：3577473
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．２石墨烯構(gòu)建的其他維度碳材料，引自文獻(xiàn)丨３］??
??第１章緒論???１．２石墨烯的簡介??１．２．１石墨烯的晶格和能帶結(jié)構(gòu)??石墨烯是由ｓｐ２雜化碳原子組成的六角蜂窩狀二維材料，碳原子的原子核外??電子軌道排布為：ｌｓ２２ｓ２２ｐ２，當(dāng)形成石墨烯時，２ｓ軌道上的一個電子被激發(fā)到??２ｐ軌道上，導(dǎo)致２ｓ，２ｐｘ，２巧形成面內(nèi)ｓｐ２雜化，碳原子與周圍兩個碳原子互成??１２０。形成共價鍵，Ｃ－Ｃ之間的〇鍵的長度為１．４埃，構(gòu)成了穩(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)。而??垂直平面的ｐｚ軌道上電子是離域的，這些電子構(gòu)成了垂直石墨烯平面的大７１鍵，??決定了石墨烯的電學(xué)性質(zhì)。石墨烯的電子云結(jié)構(gòu)如圖所示Ｌ３（ａ）所示。??石墨烯是由Ｃ原子組成的正六邊形結(jié)構(gòu)，相鄰兩個Ｃ原子不等價，相當(dāng)于??兩套三角形晶格構(gòu)成的復(fù)式晶格（圖１．３（ｂ）中的藍(lán)色和黃色晶格）。晶格基矢為：??ａ，－－（３，Ｖ３）?，?ａ２＝－＾（３，－Ｖ３）?（１－１）??２?２??其對應(yīng)的倒格矢為：??？?ｂ２?＝?—?（ｌ，－＼／３）?（１－２）??１?３ａ?３ａ??石墨烯中特別重要的兩個狄拉克點分別是Ｋ和ＩＣ點，如圖１．３（ｃ）它們在布里淵區(qū)??的位置分別是：??夂＝（竺，冬），反－＝（竺，－年）?（１－３）??３ａ?３ａ?３ｙｊ３ａ??Ｖ?ａｒ－＇?Ｉ?＼?？＇??圖１．３石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)和布里淵區(qū)，引自文獻(xiàn)丨３］?（ａ）石墨烯碳原子的ｓｐ２軌道雜化：０＞）??石墨烯的基本晶格結(jié)構(gòu)；（ｃ）石墨烯的布里淵區(qū)。??３??
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本文編號：3577473
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