類石墨烯二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)和單原子納米鏈的電子輸運(yùn)性質(zhì).pdf

1、隨著電路的集成化和電子元器件的小型化，納米電子器件以其獨(dú)特的性能越來越受到人們的關(guān)注。納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)是由至少兩種不同的納米材料組成，因其可以改進(jìn)材料的性能從而滿足實(shí)際應(yīng)用需求，成為了當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。目前，隨著對納米電子器件研究的深入，對其電子輸運(yùn)性質(zhì)等內(nèi)在機(jī)理的研究成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　本論文利用利用第一性原理和非平衡格林函數(shù)的方法，研究了二維納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)和單原子納米鏈的電子輸運(yùn)性質(zhì)，揭示了如何通過摻雜和構(gòu)造異質(zhì)結(jié)構(gòu)改變電子輸

2、運(yùn)性質(zhì)。全文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)研究了摻雜三角形氮化硼石墨烯納米帶的自旋磁性。發(fā)現(xiàn)在不考慮自旋極化時，器件是金屬性，而且隨著三角形氮化硼納米片尺寸的增大，其電子輸運(yùn)能力逐漸被抑制?？紤]自旋極化后，器件轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體特性，并且通過改變?nèi)切蔚鸺{米片尺寸的大小，可以調(diào)控其自旋極化性質(zhì)。重要的是，在TB5N21中，出現(xiàn)了雙磁性半導(dǎo)體性質(zhì)，并且擁有很高的電子輸運(yùn)能力和接近100％的自旋過濾效率，而具有相同氮化硼原子數(shù)的矩形氮化硼

3、R3BNNR沒有出現(xiàn)雙磁性半導(dǎo)體性質(zhì)，并且其電子輸運(yùn)能力被限制。與摻雜三角形氮化硼的石墨烯納米帶類似，三角形空位的VB15N21也出現(xiàn)了雙磁性半導(dǎo)體性質(zhì)，并且也有很高的自旋過濾效率，但是其電子輸運(yùn)能力和穩(wěn)定性都不如摻雜三角形氮化硼的TB15N21。
　　(2)構(gòu)造了平行和垂直排列拼接的MoS2NRs和WS2NRs異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究了這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)所有的異質(zhì)結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出直接帶隙半導(dǎo)體的特性，這意味著這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以用于

4、光電子器件。隨著WS2NRs納米帶的增加，帶隙微弱較小，導(dǎo)致了電流的快速增長和更高的峰值電流。此外，隨著WS2NRs納米帶的增加，對于M(na)雙電極器件，負(fù)微分電阻效應(yīng)得到一定提高，而M(nz)雙電極器件的負(fù)微分電阻效應(yīng)的變化卻表現(xiàn)出相反的趨勢，但是電流增長更快，峰值電流更高，這說明垂直拼接的M(na)雙電極器件在邏輯電路中有更好的應(yīng)用前景。特別指出的是，鎢原子在邊界的M(edge)雙電極器件不僅有很顯著的負(fù)微分電阻效應(yīng)，而且在低壓區(qū)

5、還有很高的峰值電流，其邏輯電路的應(yīng)用性能最好。
　　(3)研究了扶手椅型和鋸齒型MoS2NRs/WS2NRs異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)所有扶手椅型MoS2NRs/WS2NRs異質(zhì)結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出電流的整流效應(yīng)，意味著這類結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于pn結(jié)分子整流器。隨著異質(zhì)結(jié)構(gòu)中WS2納米帶長度的增加，整流效應(yīng)被抑制，這是由于在正壓區(qū)電子透射峰下降導(dǎo)致的。此外，在正壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)都觀察到了負(fù)微分電阻效應(yīng)，并且可以通過改變WS2納米帶長度來調(diào)節(jié)負(fù)

6、微分電阻效應(yīng)的強(qiáng)弱。對于所有鋸齒型MoS2NRs/WS2NRs異質(zhì)結(jié)構(gòu)，除了負(fù)微分電阻效應(yīng)，也觀察到了自旋過濾效應(yīng)，意味著這類異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于自旋電子器件。隨著異質(zhì)結(jié)構(gòu)中WS2納米帶長度的增加，自旋過濾效率升高，zMoS2-5zWS2NRs達(dá)到60％。當(dāng)連接WS2納米帶電極時，無論是否考慮自旋極化，MoS2NRs/WS2NRs異質(zhì)結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出比較好的電子輸運(yùn)性質(zhì)，如高的自旋過濾效率和較好的負(fù)微分電阻效應(yīng)。
　　(4)研究了碳納米

7、鏈，氮化硼納米鏈，和納米鏈異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)所有的單原子鏈都表現(xiàn)出奇偶效應(yīng)，而且隨著長度的增加，輸運(yùn)性質(zhì)被抑制。在偶數(shù)的單原子鏈中，除了純的碳鏈外，都出現(xiàn)了電流的整流效應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)整流效應(yīng)是由非對稱的電子結(jié)構(gòu)引起的。此外，傾斜的碳鏈幾乎對輸運(yùn)性質(zhì)沒有影響，然而雙碳鏈的傳輸能力可以提高兩倍。當(dāng)考慮自旋極化后，所有的結(jié)構(gòu)都是磁性半導(dǎo)體，而且自旋過濾效應(yīng)呈現(xiàn)奇偶性。重要的是，鏈通道的態(tài)密度決定了電子透射率譜和器件的電流電壓特性曲

8、線。電流電壓曲線的變化，可以很好地用平衡態(tài)下的電子透射率譜解釋，費(fèi)米能級附近和遠(yuǎn)離費(fèi)米能級的透射峰很好地對應(yīng)了低壓區(qū)和高壓區(qū)的電流。此外，對于單原子鏈異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過改變碳原子和氮化硼的原子個數(shù)，其電學(xué)特性可以有效地調(diào)節(jié)。CnBNm異質(zhì)結(jié)構(gòu)電流的整流效應(yīng)彼此之間類似，表現(xiàn)出正向和反向的整流現(xiàn)象，而且隨著碳原子數(shù)的增加，電流的傳輸能力提升一倍。特別是當(dāng)碳原子在鏈通道和石墨烯納米帶連接處時，其電子輸運(yùn)能力得到很大地提高，如電流的傳輸能力和整流