一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究

【摘要】：石墨烯是一种严格的二维晶格材料,因其具有独特的物理结构和电学性能,已迅速成为国际新材料研究领域的热点。由于石墨烯具有独特的电学特性和易于裁剪的特点,因此它被认为是下一代电子器件的理想材料。 本文在紧束缚近似下,采用Green函数和Landauer-Büttiker公式,推导出格林函数的表达式;通过泊松方程和量子输运方程联立,求解其能带分布;并通过对其电学性质的数值计算,揭示梯子型石墨烯结构电子输运的物理机制,发现双层石墨烯结构电学特性随其结构变化的规律,为基于石墨烯的新器件的设计和优化提供理论指导。 本论文主要做了以下工作: 首先,分析了二维无限大石墨烯和一维石墨烯纳米条带的能带结构和电子输运性质。得出存在阶跃势垒和单势垒的Armchair型石墨烯条带的隧穿率,以及其上发生量子输运的条件。 其次,分析了梯子型石墨烯纳米条带的电子输运性质,结果表明:随着阶梯数的增加,梯子型石墨烯纳米条带电导峰以0.0eV为中心发生对称分裂,中心电导峰减小直至消失;随着阶梯间间隔变大,电导峰减小。 最后,分析了多种上层为不同形状石墨烯片和上层为不同个数矩形石墨烯片的双层石墨烯结构的电子输运性质,结果表明:单层结构电导形成了类似双层结构电导的包络,但是其电导的离散化特征消失;相对于单层结构,双层结构的隧穿率在峰值发生分裂;双层结构的电导在零费米能附近的对称电导峰随着上层石墨烯片个数的增加而降低。