石墨烯分子器件的設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、分子器件作為下一代的電子器件吸引了眾多研究人員的強(qiáng)烈關(guān)注，無論是理論還是實(shí)驗(yàn)上，都取得了許多重大的進(jìn)展，但是它們還普遍存在著屬性不夠穩(wěn)定、性能達(dá)不到實(shí)用要求以及很難在實(shí)驗(yàn)上精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)等問題。為了解決這些問題，研究人員不斷的嘗試著設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)模型、探索新的理論機(jī)制以及采用新的構(gòu)建材料等方法，進(jìn)而也大大地促進(jìn)了分子器件的發(fā)展。而石墨烯因其獨(dú)特的物理屬性和穩(wěn)定的化學(xué)特性，被認(rèn)為是構(gòu)建分子器件的理想材料。所以，在本文的研究中，我們設(shè)計(jì)了幾種基于

2、石墨烯的分子器件，然后采用基于密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數(shù)方法的第一性原理計(jì)算對其進(jìn)行理論模擬分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)優(yōu)化其性能的方法。
　　首先，我們簡要介紹了分子器件和石墨烯的研究背景以及我們所使用的第一性原理計(jì)算方法。然后，在此基礎(chǔ)之上我們設(shè)計(jì)了由不同邊緣修飾的對頂三角形石墨烯納米片構(gòu)成的分子整流器，計(jì)算分析表明當(dāng)左邊三角形石墨烯用非金屬（金屬）原子進(jìn)行修飾、右邊的三角形石墨烯用氫修飾時(shí)，該器件具有正向（反向）整流效應(yīng)，且邊緣修飾原

3、子的非金屬性或金屬性越強(qiáng)，其整流效果越好。緊接著，我們研究石墨烯電極的帶隙對給體-受體分子整流效果的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電極為金屬性時(shí)，其具有正向整流效應(yīng)，而當(dāng)電極是半導(dǎo)體性時(shí)，其整流效果會發(fā)生反轉(zhuǎn)（具有反向整流特性），并且電極的帶隙越大其整流效果越好，其中發(fā)現(xiàn)的最大整流比達(dá)到4000以上，這是目前給體-受體分子所具有的最高整流水平。另外，我們還研究了外加磁場對D-σ-A型分子整流效果的影響，發(fā)現(xiàn)它所處的磁場狀態(tài)對其整流效果的影響很大，其中處于

4、反鐵磁狀態(tài)下的最大整流比是處于鐵磁狀態(tài)下的4倍多。接下來，我們還設(shè)計(jì)了一種新型的摻雜碳基分子整流器，發(fā)現(xiàn)其具有宏觀PN結(jié)所具有的應(yīng)用屬性，如較大的整流比、較小的閾值電壓以及較寬的應(yīng)用偏壓范圍等，且其整流比達(dá)到109～1011，這遠(yuǎn)好于PN結(jié)的105～107，即我們所設(shè)計(jì)的該分子整流器具有實(shí)用的可能性。最后，我們還探究了內(nèi)部缺陷和邊緣修飾對扶手型六邊石墨烯納米片的電磁特性影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其能隙隨著缺陷的不斷增大而表現(xiàn)奇偶震蕩性減小，且不同的