石墨烯纳米带场效应管.doc

石墨烯纳米带场效应管
微电子与固体电子学专业
关键词:石墨烯纳米带场效应管肖特基势垒
Abstract:Because there is no energy gap in graphene,it is very difficult to achieve on-off characteristic while use it to make transistors, and it is metallic behavior also have been a big problem if we want to use it in logical circuits. How to get an energy gap in grapheme has e the key point of the fabrication of grapheme transistors. This paper focus on graphene nanoribbon FETs, parison of two structures (GNR SBFET and GNR MOSFET) is used to analyze the main behaviors of graphene nanoribbon FETs.
Key words:graphene nanoribbon field-effect-transistor schottky barrier
1、引言
石墨烯[1](Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。2004年,石墨烯被成功地从石墨中分离出来。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,%的光,导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比碳纳米管或硅晶体迁移率高,而电阻率只约10-6 Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低,电子传输的速度极快,因此被期待为可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或
电晶体的材料。
2、石墨烯纳米带基本结构
目前已知可以在石墨烯中引入能隙的手段主要有:(1) 利用对称性破缺场或相互作用等使朗道能级发生劈裂,在导带与价带之间引入能隙。这主要通过掺杂、外加电场、化学势场等方式在双层石墨烯中引入对称破缺,实现人工调制能隙。
(2) 利用量子陷阱效应和边缘效应,通过形成石墨烯纳米结构(如纳米带)引入能
2011-12-22 成都
隙,通过调节带宽,可以实现对能隙宽度的调节。(3) 利用化学气相沉积法掺杂产生能隙,通过调节掺杂程度可实现对能隙的调节。(4) 利用基底作用诱导(如SiC基底上的外延石墨烯)产生能隙,通过调节基底的作用程度可实现对能隙的调节。本文主要关注的是石墨烯纳米带结构。
为了要赋予单层石墨烯某种电性质,会按照特定样式切割石墨烯,形成石墨烯纳米带(Graphene nanoribbon)。切开的边缘形状可以分为扶手椅形[2](图1a)和锯齿形[3](图1b)。
a 扶手椅形纳米带 b 锯齿形纳米带
图1
根据密度泛函理论计算得到的结果,显示出扶手椅形具有半导体性质,其