石墨烯納米帶載流子遷移率的多尺度理論研究

《石墨烯納米帶載流子遷移率的多尺度理論研究》是依託首都師範大學，由王果擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯納米帶載流子遷移率的多尺度理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王果
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

電子器件的載流子遷移率和載流子類型直接影響其速度和性質，石墨烯納米帶具有非零的帶隔和高的載流子遷移率因而可能成為新型高性能電子器件。在電極連線的石墨烯納米帶電子器件中，空穴和電子本徵載流子遷移率的相對大小對於實際器件設計成p型或者n型以及器件的操作都是十分重要的。本項目基於形變勢理論和非平衡態格林函式方法分別研究石墨烯納米帶巨觀材料和微觀電子器件兩種尺度下的載流子遷移率，探究邊緣不光滑、邊緣氫原子以及聲子對體系性能的影響。通過晶體軌道分析，得出結構上的變化對體系載流子有效質量和形變勢的影響趨勢，進而提出調節載流子遷移率大小的方法。從電聲耦合密度的概念出發，通過直觀的圖形分析電子傳輸過程中體系各部分電子密度的變化與聲子模式的匹配程度，提出調節電聲耦合強度的手段，最終闡明石墨烯納米帶電子器件中空穴和電子遷移率的相對大小，並為提高其性能提供結構上的途徑。

結題摘要

石墨烯具有超高的載流子遷移率，因而可以套用於高速電子器件，其零帶隔的缺點可以通過一維限制來解決。然而通過自上而下的方法獲得的石墨烯納米帶具有缺陷，其載流子遷移率急劇下降。從理論上研究石墨烯納米帶載流子遷移率的影響因素是十分必要的。隨著科學研究的發展，越來越多的石墨烯類似物被發現，如石墨二炔、聚聯苯烯、矽烯和磷烯，研究這些結構的納米帶的性質對於石墨烯納米帶的套用是一個有益的補充。本項目基於形變勢理論，利用密度泛函理論闡述了氧化造成石墨烯納米帶載流子遷移率下降的原因，提出了邊緣有致活基團取代時可以提高其載流子遷移率的可能。基於非平衡態格林函式方法，獲得了銅電極連線的石墨烯納米帶具有一定的開關特性。本項目發現石墨二炔、石墨炔和聚聯苯烯納米帶具有優於石墨烯納米帶的特性，如比石墨烯納米帶更高的空穴和電子遷移率、負差分電阻和高的開關比。特別指出的是可以通過控制6,6,18石墨二炔納米帶的方向來決定其載流子是p型還是n型，且其空穴和電子遷移率高達2.0×10^5和1.8×10^6 cm2V-1s-1。本項目還研究了矽烯納米帶、多層矽納米帶和磷烯納米帶，它們的載流子遷移率與傳統矽材料相近。本項目研究表明這些一維納米帶可以作為新型的納米尺寸高速電子器件，特別是6,6,18石墨二炔納米帶可以作為超高速互補電路的一個候選者。