低维场效应管的电荷输运金属门电极界面效应的影响

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1、学校代码10530学号201230101268分类号O469密级硕士学位论文低维场效应管的电荷输运：金属门电极界面效应的影响学位申请人唐启德指导教师唐超副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向物理电子理论及应用二○一六年六月一日Chargetransportonlowdimensionalfieldeffecttransistors:effectsofinterfaceeffectsonmetalgateelectrodesCandidateQideTangSupervisorA.P.ChaoTangCollegeSchoolofP

2、hysicsandOptoelectronicsProgramElectronicScienceandTechnologySpecializationPhysicalElectronicsTheoryandApplicationDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune1th,2016湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研

3、究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要单原子层厚度的二维材料在场效应晶体管、传感器、光伏和光电设备上的应用具有非常大的吸

4、引力。本文利用基于密度泛函理论及非平衡格林函数相结合的量子输运方法，研究了金属门电极与二维材料间的界面效应对纳米场效应管电荷输运的影响，主要得到了以下几个结论：1、采用第一性原理非平衡格林函数方法，我们研究了石墨烯场效应晶体管中采用Cu和Ni修饰Cu(Ni@Cu)作为Cu基门电极时与石墨烯的界面效应对器件电输运的影响。我们发现中心散射区中Cu和Ni@Cu作为门电极会抑制石墨烯传输电导。更为重要的是，在费米能级附近引入了明显的传输带隙，沿扶手型方向和锯齿形方向传输时Cu(111)门电极使石墨烯传输带系在费米能级附近分别增至0.55eV和0.45eV。沿扶手

5、型方向传输时Ni@Cu门电极使石墨烯传输带系在费米能级附近进一步扩大至0.6eV，而沿锯齿形方向传输却并没有变化，依然为0.45eV。在非平衡条件下由于传输带隙的影响器件出现了可观的电流截止区。门电极Ni@Cu对石墨烯传输电导的抑制现象比门电极Cu对石墨烯传输电导的抑制现象更加明显，并且沿扶手型方向传输时门电极Ni@Cu会进一步扩大传输带隙。界面效应对器件电荷输运的影响源于Cu基金属电极对石墨烯电子态分布的影响。门电极Cu和Ni@Cu引起了石墨烯的电子态局域化，阻碍了石墨烯的电子输运。Ni修饰后石墨烯和Cu之间的相互作用由物理相互作用转变为化学相互作用，

6、因此，门电极Ni@Cu会进一步导致石墨烯的电子态局域，进一步被抑制传输。我们的研究表明在石墨烯场效应晶体管中，Cu基门电极能够有效地打开石墨烯的传输带隙，这有利于提高石墨烯晶体管的性能。2、我们采用第一性原理方法研究了磷烯与常用金属(Al，Au，Ag，Co，Ni)的界面效应。与石墨烯和过渡金属硫化物相比，磷烯与金属的相互作用较强，因此，金属衬底对磷烯的能带结构的影响较大。根据磷烯-金属的结合程度和磷烯能带结构的杂化程度，可将磷烯与金属的相互作用分为两类：(1)由于较小的结合能和更远的层间距离，磷烯和Al，Ag和Au之间形成较弱的相互作用，磷烯的结构得以保

7、留，此时，金属衬底对磷烯形成N型掺杂效应；而(2)由于较大的结合能和更近的层间距离，磷烯和Co和Ni之间形成较强的相互作用，破坏了磷烯的结构和电子结构。以上研究结果准确的印证了前人工作，并为我们继续探索金属门电极与磷烯间的界面效应对磷烯纳米器件电输运性能的影响奠定了前期理论基础。关键词：石墨烯；铜基门电极；传输带隙；阈值电压；磷烯IAbstractTwo-dimensional(2D)materialsareattractivecomponentsofatomic-layerfield-effecttransistors(FETs),sensors,an

8、dphotovoltaicandphotoelectricdevices.Int