新型碳基平面同质结的结构与模拟讲解

1、 目录目录 研究背景研究背景 相关概念相关概念 研究意义研究意义 参考文献参考文献 部分资料整理部分资料整理 总体总体思路和方案思路和方案 实验部分具体思路实验部分具体思路 进度安排进度安排 目前进度目前进度 根据摩尔定律，集成电根据摩尔定律，集成电 路上可容纳的晶体管数路上可容纳的晶体管数 目约每隔目约每隔18个月便会个月便会 增加一倍，硅芯片迟早增加一倍，硅芯片迟早 有一天会因为尺寸无法有一天会因为尺寸无法 继续缩小而走向终结。继续缩小而走向终结。 石墨烯的导电特石墨烯的导电特 性成为研究热点性成为研究热点 石墨烯最有潜力的应用石墨烯最有潜力的应用 是成为硅的替代品，制是成为硅的替代品，制

2、 造超微型晶体管来生产造超微型晶体管来生产 未来的超级计算机。其未来的超级计算机。其 计算机处理器的运行速计算机处理器的运行速 度将会比现在快数百倍。度将会比现在快数百倍。 20042004年，英国曼彻斯特年，英国曼彻斯特 大学物理学家安德大学物理学家安德 烈烈盖姆和康斯坦盖姆和康斯坦 丁丁诺沃肖洛夫，成功诺沃肖洛夫，成功 从石墨中分离出石墨烯，从石墨中分离出石墨烯， 两人也因此共同获得两人也因此共同获得 20102010年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。 石墨烯的硬度超过钻石。石墨烯的硬度超过钻石。 石墨烯中每个碳原子都石墨烯中每个碳原子都 有一个未成键的有一个未成键的p电子，电子， 它们

3、可以在晶体中自由它们可以在晶体中自由 移动，且运动速度高达移动，且运动速度高达 光速的光速的1/300，赋予了，赋予了 石墨烯良好的导电性。石墨烯良好的导电性。 石墨烯：石墨烯：石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原 子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，也称作石墨烯纳米带 碳基平面同质结碳基平面同质结：石墨烯一侧掺杂成P型半导体，另一侧参杂成N 型半导体，中间二者相连的接触面称为碳基平面同质结 参考文献参考文献 （1）An Liping，Liu Nianhua. First-principles study on transport properties of zigzag

4、graphene nanoribbon with different spin- configurations.Journal of Semiconductors,May 2011. (2)Yan Xi,Xiaoyang Zhao,Aizhu Wang,Xiaopeng Wang,Hongxia Bu,Mingwen Zhao.Turning the electronic and magnetic properties of triangular boron nitride quantum dots via carbon doping. Physica E49(2013)5260. （3）张小

5、姣，低维碳基分子器件的电荷运输机理研究及计算设计， 2011 不同侧基团新型碳基平面异质结的输运性质研究不同侧基团新型碳基平面异质结的输运性质研究 为了进一步探讨石墨烯异质结的输运性质，并探寻可行的石墨烯P- N器件的设计方案，我们研究石墨烯纳米带异质结的电荷输运性质。 如图所示，我们考虑了两种不同的石墨烯纳米带，即对称结构和非对 称结构。一端由NH2取代带边的H原子，另一端由NO2取代带边的H 原子构成异质结，图中红色阴影部分为周期性电极，中间为异质结， 正中的直线为异质结的对称中心。 I-V特性曲线 结论：结论：从图中我们可以知道，低偏压下，体系的电流随偏压的增加迅速增 大，表现出金属性的

6、导电性质。然而，随着偏压的增加，J7和J8的电流表 现出完个不同的变化规律。J7在0.4-1.2V偏压范围内，随着偏压的增加， 电流几乎保持不变，保持在10uA左右;而当偏压绝对值大于1.4V以后，正 偏压方向电流迅速增加，负偏压方向电流却锐减到几乎完全截止，出现了 明显的单向导通性质。J8的电流特征则完全不一样，随着偏压的增加电流 与电压呈现出近似的欧姆关系，但正偏压方向的电流增加要快于负方向， 具有一定的不对称性，到偏压绝对值大于1.61时出现负微分电阻效应。 总体思路及方案总体思路及方案 1. 通过查阅大量相关文献了解新型碳基平面同质结的结构和性质以通过查阅大量相关文献了解新型碳基平面同

7、质结的结构和性质以 及国内外研究现状完成开题报告。及国内外研究现状完成开题报告。 2. 运用运用VNL模拟搭建碳基平面同质结模型并模拟搭建碳基平面同质结模型并运用运用ATK计算其特性。计算其特性。 3. 根据实验过程与结果分析完成毕业设计。根据实验过程与结果分析完成毕业设计。 本次毕业设计实验部分的具体思路本次毕业设计实验部分的具体思路 1. 利用VNL软件通过老师给的脚本搭建石墨烯纳米带的模型 2. 通过对脚本的修改对模型进行改造，将石墨烯纳米带边缘碳原子一侧 掺硼一侧掺氮构成PN结，即碳基平面同质结。 3. 改变硼、氮掺杂浓度以及掺杂位置构成6个不同的碳基平面同质结。 4. 进行模拟导电，并计算其伏安特性、电子透射谱、局域态密度等参数 5. 根据所得参数作图进行分析处理 6. 得出实验结论 进度与安排进度与安排 目前进度目前进度 实验模拟阶段实验模拟阶段 下图是根据脚本得到的石墨烯纳米带模型 研究意义研究意义 通过对新型碳基平面同质结的结构进行设计并模拟，了解其结构通过对新型碳基平面同质结的结构进行设计并模拟，了解其结构 以及导电特性，对碳基平面同质结有个清晰认识以及导电特性，对碳基平面同质结有个清晰认识 在此过程中锻炼自己搜集信息与外文调研的能力，打下阅读外文在此过程中锻炼自己搜集信息与外文调研的能力，打下阅读外文 文献的功底文献的功底 熟悉熟悉vnl