低維場效應(yīng)管的電荷輸運：金屬門電極界面效應(yīng)的影響.pdf

1、單原子層厚度的二維材料在場效應(yīng)晶體管、傳感器、光伏和光電設(shè)備上的應(yīng)用具有非常大的吸引力。本文利用基于密度泛函理論及非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的量子輸運方法，研究了金屬門電極與二維材料間的界面效應(yīng)對納米場效應(yīng)管電荷輸運的影響，主要得到了以下幾個結(jié)論：
　　1、采用第一性原理非平衡格林函數(shù)方法，我們研究了石墨烯場效應(yīng)晶體管中采用Cu和Ni修飾Cu(Ni@Cu)作為Cu基門電極時與石墨烯的界面效應(yīng)對器件電輸運的影響。我們發(fā)現(xiàn)中心散射區(qū)中 Cu

2、和 Ni@Cu作為門電極會抑制石墨烯傳輸電導。更為重要的是，在費米能級附近引入了明顯的傳輸帶隙，沿扶手型方向和鋸齒形方向傳輸時Cu(111)門電極使石墨烯傳輸帶系在費米能級附近分別增至0.55eV和0.45eV。沿扶手型方向傳輸時 Ni@Cu門電極使石墨烯傳輸帶系在費米能級附近進一步擴大至0.6eV，而沿鋸齒形方向傳輸卻并沒有變化，依然為0.45eV。在非平衡條件下由于傳輸帶隙的影響器件出現(xiàn)了可觀的電流截止區(qū)。門電極Ni@Cu對石墨烯傳

3、輸電導的抑制現(xiàn)象比門電極Cu對石墨烯傳輸電導的抑制現(xiàn)象更加明顯，并且沿扶手型方向傳輸時門電極 Ni@Cu會進一步擴大傳輸帶隙。界面效應(yīng)對器件電荷輸運的影響源于 Cu基金屬電極對石墨烯電子態(tài)分布的影響。門電極 Cu和 Ni@Cu引起了石墨烯的電子態(tài)局域化，阻礙了石墨烯的電子輸運。Ni修飾后石墨烯和 Cu之間的相互作用由物理相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W相互作用，因此，門電極 Ni@Cu會進一步導致石墨烯的電子態(tài)局域，進一步被抑制傳輸。我們的研究表明在

4、石墨烯場效應(yīng)晶體管中， Cu基門電極能夠有效地打開石墨烯的傳輸帶隙，這有利于提高石墨烯晶體管的性能。
　　2、我們采用第一性原理方法研究了磷烯與常用金屬(Al，Au，Ag，Co，Ni)的界面效應(yīng)。與石墨烯和過渡金屬硫化物相比，磷烯與金屬的相互作用較強，因此，金屬襯底對磷烯的能帶結(jié)構(gòu)的影響較大。根據(jù)磷烯-金屬的結(jié)合程度和磷烯能帶結(jié)構(gòu)的雜化程度，可將磷烯與金屬的相互作用分為兩類：(1)由于較小的結(jié)合能和更遠的層間距離，磷烯和 Al，