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硅纳米线的结构演化及其电子输运性质

李青青  
【摘要】:近几年,一维纳米材料因为在物理、化学、光学和电学方面有着优良的特性受到了学术界越来越多的关注。硅纳米线更是以其自身所特有的荧光、紫外等光学性质,场发射、电子输运等电学性质,高表面活性、量子限制效应和库仑阻塞效应等性质,成为了制备微纳电子器件最理想的材料之一。最近一些实验表明,人们已经用硅纳米线成功制得了纳米尺度的场效应管、传感器等纳米器件。因此,深入地研究硅纳米线的结构及电子输运性质对纳米电子器件的开发具有重要的意义。 本论文主要采用了分子动力学的方法对束缚在碳纳米管中的硅纳米线的结构演化进行了模拟,并对获得了稳定结构的硅纳米线进行了电子输运性质的研究。研究发现,硅纳米线的结构与碳纳米管的手性无关,只与碳纳米管的直径大小有关。随着碳纳米管直径的增大,硅纳米线由单直线型的原子链逐渐变成螺旋、同轴、圆柱形的结构。当直径足够大时,会形成壳层结构。硅纳米线的电导特性受到纳米线几何结构和尺寸的影响,其中,结构的影响更大。电子在直线型纳米线中比在螺旋型纳米线中更容易传输。硅单原子链随着长度的增大,电学性质并没有很大的变化;由三根原子链螺旋而成的硅纳米线随着长度的增大,电学性质下降。 本论文还采用几何优化和非平衡格林函数相结合的方法研究了金属原子的掺杂和不同物质的表面吸附对硅纳米线的结构和电学性质造成的影响。研究发现经杂质原子掺杂后,硅纳米线的结构由有序向无序转变,掺杂后硅纳米线的电流-电压特性和电导-电压特性均比纯硅纳米线的低,而且随着掺杂原子数目的增多,电学性质逐渐降低。由于表面吸附物会增强硅纳米线的表面电子散射,所以吸附不同的分子和原子会使硅纳米线的电学性质降低。硅纳米线对吸附物的敏感程度排序是:金属原子极性分子中性分子。并且随着吸附的原子或分子个数的增加,硅纳米线的电流-电压曲线和电导-电压曲线都逐渐降低。


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