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In2O3及SiC基稀磁半导体薄膜的局域结构和磁、输运性能研究

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In2O3及SiC基稀磁半导体薄膜的局域结构和磁、输运性能研究

作者：段岭申天津理工大学

学位级别：硕士

稀磁半导体(DMS)因兼具半导体和磁性的特点，即在同一种材料中同时应用电子自旋和电子电荷两种自由度，而受到广泛关注。同时，其作为自旋电子学器件的后备材料，迅速成为研究的热点。目前，DMS尚处于研究阶段，存在的问题主要集中在磁... 详细信息

稀磁半导体(DMS)因兼具半导体和磁性的特点，即在同一种材料中同时应用电子自旋和电子电荷两种自由度，而受到广泛关注。同时，其作为自旋电子学器件的后备材料，迅速成为研究的热点。目前，DMS尚处于研究阶段，存在的问题主要集中在磁性来源和磁性调节机制两个方面。如果能解决这些问题，必将给未来电子信息技术的发展带来巨大影响。本论文采用射频磁控溅射法分别制备了不同浓度Mn、Co掺杂InO基稀磁半导体薄膜，以及不同浓度Cr掺杂或Cr、Mn共掺杂SiC基稀磁半导体薄膜。并利用XRD、SEM、XPS、XANES、EXAFS、PPMS、HALL、R-T、PL以及U-V等手段对薄膜进行一系列的结构表征及自旋相关磁、输运特性的研究。获得的主要成果如下：1、研究了不同Mn浓度掺杂InO薄膜样品的局域结构及磁、输运性能。结果发现：不同Mn掺杂浓度InO薄膜全部形成了方铁锰矿结构，Mn元素以Mn2+离子替位In3+的形式进入InO晶格，薄膜中不存在Mn团簇，Mn的第二相氧化物及间隙Mn原子等。对于不同Mn掺杂浓度InO薄膜，Mn3d与O2p杂化耦合程度为5at%最高，8.5at%次之，13.7at%最低，其载流子浓度约1×108cm×108cm，导电机制符合Mott的变程跃迁模型。电阻率随Mn掺杂浓度的增加先增加后减小，禁带宽度随Mn掺杂浓度增加而减小。不同Mn掺杂浓度InO薄膜均具有室温铁磁性，饱和磁化强度随Mn掺杂浓度的增加先增加后减小。根据这些表征和测试结果，我们提出了一种可能的铁磁性产生机理，即Mn3d电子通过与O2p电子的耦合杂化，使2p电子极化，且2p电子被极化的概率与杂化程度有关，然后2p电子通过变程跳跃模式，在一定范围内跃迁到能级相近的Mn原子杂化轨道上，进行自旋交换，从而实现长程磁有序。2、研究了不同Co掺杂浓度InO薄膜样品的局域结构及磁、输运性能。不同Co掺杂浓度InO薄膜全部形成了方铁锰矿结构，Co元素主要以Co2离子替位In3+的形式进入InO晶格，薄膜中不存在Co金属氧化物第二相和间隙Co原子，但是形成了少量Co团簇。对于不同浓度Co掺杂InO薄膜，其电阻率随Co掺杂浓度的增加而减小，载流子浓度约3×108cm.7×109cm，导电机制符合Mott的变程跃迁模型。不同Co掺杂浓度InO薄膜均具有室温铁磁性，饱和磁化强度随Co掺杂浓度的增加先增加后减小。根据测试结果，Co团簇对Co掺杂InO的磁性有一定贡献，但并不是唯一来源，而且直接交换、载流子为媒介的RKKY理论和束缚磁极子(BMP)模型均不能解释其磁性变化规律。因此，我们仍然支持变程跃迁调节长程磁有序的观点。3、研究了制备态、800℃退火和1200℃退火的Cr掺杂以及Cr、Mn共掺杂SiC稀磁半导体薄膜的局域结构和磁、输运性能。对于不同浓度Cr掺杂SiC薄膜，一部分Cr元素形成Cr团簇，另一部分则替位了SiC晶格中的C原子和Si原子，且以替位Si为主。制备态的不同Cr掺杂浓度SiC薄膜的载流子浓度约2×100cm.4×101cm，5at%Cr掺杂SiC薄膜的导电机制符合Efros的变程跃迁模型，且电阻率随Cr掺杂浓度的增加而减小。对于Cr、Mn共掺杂SiC薄膜，不同退火温度下，Cr、Mn元素均以单质态和C替位或Si替位态存在。XRD研究发现，随着Mn掺杂浓度的增加，Cr、Mn共掺杂SiC薄膜(111)面间距增大，同时Cr团簇和C团簇减少。当Mn掺杂浓度达到6%，超出Cr、Mn在SiC中的溶解度时，析出CrMn第二相，同时(111)面间距减小。Cr、Mn共掺杂SiC薄膜随Mn掺杂浓度的增加载流子浓度增大，电阻率减小，饱和磁化强度则先增大后减小，且Mn的掺入使铁磁性明显增强。结合局域结构及磁、输运性能测试结果可以认为：Cr、Mn共掺杂SiC薄膜制备态和1200℃退火态样品磁性均来Cr、Mn替位Si原子，磁性大小受束缚磁极子调节。

关键词： In2O3 SiC 稀磁半导体局域结构磁性输运性能

Fe基In2O3和SiC稀磁半导体薄膜的局域结构与磁、输运性能

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Fe基In2O3和SiC稀磁半导体薄膜的局域结构与磁、输运性能

作者：冯德强天津理工大学

学位级别：硕士

本论文采用射频磁控溅射法分别制备了不同Fe掺杂浓度的InO和SiC稀磁半导体薄膜。利用XRD、SEM、XPS、XAFS、SQUID、HALL、R-T以及U-V等表征测试方法系统地研究了InO和SiC稀磁半导体薄膜的局域结构及自旋相关磁、输运特性，获得如下结果... 详细信息

本论文采用射频磁控溅射法分别制备了不同Fe掺杂浓度的InO和SiC稀磁半导体薄膜。利用XRD、SEM、XPS、XAFS、SQUID、HALL、R-T以及U-V等表征测试方法系统地研究了InO和SiC稀磁半导体薄膜的局域结构及自旋相关磁、输运特性，获得如下结果： 1、研究了Fe掺杂InO薄膜的局域结构和磁、输运性能。结果发现：Fe掺杂InO薄膜中形成了立方方铁锰矿晶体结构，且低掺杂浓度下没有Fe团簇和Fe的氧化物第二相生成。Fe在InO薄膜中是以+2和+3混合价态形式存在。通过理论XANES谱拟合实验数据发现，Fe在InO晶格中替位In1位且第一近邻存在两个氧空位。EXAFS测试表明，Fe掺杂浓度低于16at%，InO薄膜中无Fe相关的第二相生成，而在更高Fe掺杂浓度的薄膜中则出现了金属Fe团簇。紫外-可见光透射谱测试表明，随Fe掺杂浓度增加，薄膜的光学带隙和透光率逐渐减小，且透射边出现红移。输运特性显示不同Fe掺杂浓度InO薄膜都具有良好的半导体导电特性，载流子浓度随着Fe浓度增加而减小，电阻率则增大。磁性测量显示，不同Fe掺杂浓度InO薄膜都具有明显的室温铁磁性，薄膜的饱和磁化强度随Fe掺杂浓度的增加而增大。低温磁电阻特性发现，3at%Fe掺杂InO薄膜在不同温度下均表现为负磁电阻，然而9at%Fe掺杂InO薄膜在较低温度下(5K和10K)下表现为正磁电阻，较高温度下(20K和30K)时表现为负磁电阻。低Fe掺杂浓度InO薄膜的铁磁性可运用Coey提出的束缚磁极子模型来解释，即In-□-Fe和Fe-□-Fe结构存在于薄膜中，氧空位捕获的电子与近邻Fe离子的d轨道波函数发生交叠，从而发生耦合作用，形成束缚磁极子，当这种束缚磁极子数量增多时，彼此之间会发生交叠产生交换作用，使得材料宏观表现出铁磁性。高Fe掺杂浓度InO薄膜的铁磁性来自于金属Fe单质。 2、研究了Fe掺杂SiC薄膜的局域结构和磁、输运性能。结果发现：制备态Fe掺杂SiC薄膜表现为无序的非晶SiC结构，1200℃退火后，薄膜形成3C-SiC结构，同时生成FeSi相，但Fe团簇和Fe氧化物等第二相的生成能被排除。实验和理论的XANES和EXAFS结果表明，制备态Fe掺杂SiC薄膜中，Fe在主要处在3C-SiC的4d间隙位，而1200℃退火薄膜中，则以FeSi合金相存在。ρ-T输运特性显示：制备态薄膜具有好的半导体导电特性，随Fe掺杂浓度的增加，输运机制由Efros跃迁转变为Mott跃迁机制，即lnρ分别与(T)-1/2和(T)-1/4保持线性关系。磁性测量发现，薄膜的饱和磁化强度随Fe掺杂浓度增加逐渐增大，磁性起源仍可运用束缚磁极子模型讨论。对于制备态薄膜，间隙Fe作为施主可提供额外电子，容易形成束缚磁极子，束缚磁极子之间的交换耦合作用使得薄膜产生宏观铁磁性。而对于1200℃退火后的薄膜，其大的饱和磁化强度可能是由于FeSi的生成，随着Fe的浓度的增加，退火后FeSi的量也增加，从而也表现出磁性随着Fe浓度的增加而增加的现象。

关键词： In2O3SiC 局域结构磁性输运性能

富铜型Cu1+δCrO2的制备及热电输运性能研究

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富铜型Cu1+δCrO2的制备及热电输运性能研究

作者：崔凯昆明理工大学

学位级别：硕士

宽带隙(3.2 eV)的铜铁矿结构CuCrO是一种p型透明导电氧化物(TCOs),由密排[Cu]层和[CrO]共棱八面体层沿c轴交替堆垛而成,能自发形成Cu空位提供空穴载流子,主要导电通道为[Cu]层,晶体沿ab面和c轴方向具有大的输运各向异性。但由于该类氧... 详细信息

宽带隙(3.2 eV)的铜铁矿结构CuCrO是一种p型透明导电氧化物(TCOs),由密排[Cu]层和[CrO]共棱八面体层沿c轴交替堆垛而成,能自发形成Cu空位提供空穴载流子,主要导电通道为[Cu]层,晶体沿ab面和c轴方向具有大的输运各向异性。但由于该类氧化物中氧离子2p轨道的强烈局域化作用,致使其电导率( S·cm)与n型透明导电材料(如:ITO0 S·cm)相比仍有很大差距,限制了其器件的应用。课题组前期的探索发现,富铜对CuCrO输运性质有显著的调制作用,基于此,本论文进行了Cu、Cr化学计量比偏离1:1的富铜型CuCrO(0≤δ≤0.25)多晶、薄膜的制备表征、热电输运性质研究和缺陷态机制讨论;同时对比研究了Mg掺杂CuCrO多晶的饱和固溶度和热电输运,以期进一步改善材料的输运性能和各向异性。以热分析结果为指导,采用固相反应法以1100℃/12 h+1100℃/12 h二次烧结制备CuCrO(δ=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,0.08,0.10,0.25)10个组分系列多晶。基准组分样品(δ=0)的XPS结果显示,Cu为+1价,Cr为+3价。δ=0.05时多晶为铜铁矿单相结构,δ≥0.06开始出现CuO第二相,晶粒在ab面显著长大且致密,层状结构明显,c轴择优取向增强。多晶样品(δ=0.25)在18000 K符合阿伦尼乌斯(Arrhenius)热激活模式的半导体电输运行为,热激活能从δ=0时的0.474 eV显著下降到δ=0.25时的0.221 eV,室温电阻率由δ=0时的4.64×10Ω·cm显著下降为δ=0.25时的70Ω·cm,下降近4个数量级,400 K下Seebeck系数从1142.68μV·K减小到759.13μV·K,主要由于富铜带来的Cu(Cr))反位原子引入了受主缺陷能级,显著提高了空穴载流子浓度;另外,晶界和孔隙减少,载流子迁移率提高,加上c轴择优取向使面内的输运分量增加,也降低了电阻率。用脉冲激光沉积(PLD)在平直AlO(0001)单晶衬底上生长CuCrO(δ=0,0.05,0.10,0.25)c轴外延薄膜,生长工艺为:淀积730℃/O:1 Pa/12 min,退火730℃/O:2000 Pa/20min。薄膜均为单相铜铁矿结构,呈岛状生长模式。XPS结果显示,Cu/Cr相对含量T(Cu/Cr))随组分变化趋势与名义值N(Cu/Cr))一致,但偏小,如N(Cu/Cr))=1的薄膜T(Cu/Cr))=0.8103,主要由于表面清污阶段Ar对Cu的优先刻蚀。Cu 2p与Cr 2p的谱峰分别位于932.5±0.2 eV和576.5±0.2 eV,表明Cu和Cr分别为+1价和+3价。富铜型CuCrO薄膜的室温电阻率均低于δ=0组分薄膜样品的62.6Ω·cm,δ=0.10时最低为13.1Ω·cm。采用固相反应法制备了c轴择优的CuCr-x MgO(0≤x≤0.08)系列多晶,随Mg掺杂量在x=0.03范围内增加,多晶为铜铁矿单相结构,层状晶粒在ab面显著长大,(00l)织构因子最大达0.53,晶界和孔隙显著减少,致密度依次提高。多晶呈热激活机制的半导体电输运行为,热激活能从0.273 eV依次下降到0.031 eV,室温电导率相应提高了3个量级,最大达12.24 S·cm,高温下Seebeck系数从481.2μV·K减小到334.7μV·K。由于声子曳引的贡献,掺Mg样品随温度升高,Seebeck系数增大。x>0.03后,其热电输运性质基本保持不变,微观结构变化不大,在晶界处观察到MgCrO八面体尖晶石第二相,分析认为Mg掺杂的最大固溶度.03。随Mg替代Cr位增加,在靠近价带顶的上方引入受主能级并展宽,使电输运的热激活能显著下降,空穴载流子浓度增大,以及c轴择优取向使面内的输运分量增加是电导率提高的主要原因,而载流子迁移率浮动的影响是次要的。

关键词：富铜型Cu1+δCrO2 CuCr1-x-x MgxO2 c轴择优化学缺陷固溶度输运性能

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裁剪和掺杂石墨烯纳米带电子输运性能研究

裁剪和掺杂石墨烯纳米带电子输运性能研究

作者：王晓伟湖南大学

学位级别：硕士

进入二十一世纪以来，对于纳米电子器件的研究进入了一个新的发展阶段，随着石墨烯的发现和成功制备，石墨烯纳米结构在纳米电子器件方面的应用被认为有着广阔的前途。由于石墨烯相对其他碳基纳米材料具有更为出色的电子学性能，所以石... 详细信息

进入二十一世纪以来，对于纳米电子器件的研究进入了一个新的发展阶段，随着石墨烯的发现和成功制备，石墨烯纳米结构在纳米电子器件方面的应用被认为有着广阔的前途。由于石墨烯相对其他碳基纳米材料具有更为出色的电子学性能，所以石墨烯基的电子器件很有可能替代以前硅基电子器件，对提高电子器件的各项性能，继续缩小电子器件的尺寸具有重要的意义。研究者们认为石墨烯纳米结构是下一代电子器件的理想材料，所以石墨烯纳米结构是近来人们研究的重要热点之一。同时，现在计算机的计算能力不断提高，理论计算方法的不断改进，使的我们可以利用第一性原理模拟计算纳米材料的电子结构并研究电子器件的各种性能。因此本文利用第一性原理计算软件模拟计算石墨烯纳米带缺陷和掺杂结构的电子结构和输运性能。本文基于密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究了边缘规则裁剪对zigzag石墨烯纳米带电子及输运性能的影响。并且在裁剪结构基础上引入B、N原子替代掺杂，研究掺杂结构的输运性能，本文还选取锰原子替代掺杂石墨烯纳米带，研究在不同位置替代掺杂锰原子对石墨烯纳米带的电磁学性能的影响。对石墨烯纳米带进行边缘裁剪的电子输运性能研究，结果发现，边缘规则裁剪后的体系的能带结构与理想石墨纳米带相比，打开了较大的能隙。所以可以通过对理想石墨纳米带边缘的规则裁剪来调控体系的能隙，从而达到石墨纳米带在金属与半导体之间的转化。接着对裁剪石墨纳米带器件的输运性能深入研究，计算了体系在不同偏压下的电流电压曲线，以及不同偏压下的输运谱。结果表明，在一定偏压范围内，体系电流均被抑制，电流一直处于低位，当偏压大于1.5V之后电流开始迅速增大并满足线性关系。这是由于随着偏压增大分子前线轨道进入偏压窗口内。从这些结果可以看出，通过对石墨烯纳米带边缘进行不同形式裁剪，可以达到对其电子结构以及输运性能进行调控的目的，该工作为将来利用石墨烯边缘裁剪结构构建纳米晶体管以及其它具有特殊性能的纳米电子器件提供理论基础。在边缘裁剪的基础上我们又对裁剪结构中进行了原子取代掺杂，进而研究了掺杂对裁剪结构的输运性能影响，在裁剪结构中间引入两个异原子替代两个碳原子，分别计算了双N替代，双B替代，以及BN混合替代掺杂结构的电子输运性能，结果发现，双N取代掺杂的时候电子输运性能只发生了有限的变化，和掺杂之前相比，电流电压变化基本趋势一样。然而进行双B原子掺杂之后发现，输运性能发生了很大的变化，电流变化趋势相比复杂了很多，在底片呀范围内出现了比之前都明显的负微分电导效应，偏压继续增大，电流出现非线性的振荡趋势，最后进行BN掺杂时计算发现电流电压变化不是很明显，和没掺杂基本一致。在石墨烯纳米带中引入锰原子，研究锰原子单空位掺杂锯齿型石墨烯纳米带六种不同位置时的电磁学特性。结果表明:（1）锰原子掺杂石墨烯纳米带的能带结构对掺杂位置十分敏感。随着锰掺杂位置的变化，掺杂石墨烯纳米带分别表现出半导体性和金属性特征。（2）锰原子掺杂石墨烯纳米带改变了原本的磁性特征，掺杂位置的不同，结构磁性特点也不相同，锰原子掺杂在4号位置时，纳米带实现了由反铁磁态的锯齿型石墨烯纳米带向铁磁性的转化。本文结果表明锰原子掺杂锯齿型石墨烯纳米带可以调制其磁性和能带特性，为石墨烯纳米带在电磁学领域应用。

关键词：石墨烯纳米带缺陷掺杂电子性能输运性能

二茂铁基聚合物的电子结构与输运性能关系研究

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二茂铁基聚合物的电子结构与输运性能关系研究

作者：秦悦哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

二茂铁基聚合物是一类新型的功能聚合物,在光、电、磁方面表现出独特的性能,具有广泛的应用前景和重要的基础理论研究价值,成为当前材料学领域的前沿课题。本课题的研究工作目的是寻找到此类导电材料性能渐变的基本规律,筛选出性能优良... 详细信息

二茂铁基聚合物是一类新型的功能聚合物,在光、电、磁方面表现出独特的性能,具有广泛的应用前景和重要的基础理论研究价值,成为当前材料学领域的前沿课题。本课题的研究工作目的是寻找到此类导电材料性能渐变的基本规律,筛选出性能优良的可应用材料,同时希望能够为科学的发展及国民经济服务,为学科交叉作出有益的尝试。本文对主链含二茂铁的三种有机高分子聚合物,聚二茂铁、二茂铁基聚乙炔、二茂铁基聚硅烷的电子输运性能进行了理论研究,并通过对几何结构、透射谱和电子结构性能等几方面的进一步研究,分析说明了其与电子输运性能的内在联系,实验应用VASP和ATK程序包进行。研究发现,此三种含二茂铁基聚合物的导电性能以聚二茂铁>二茂铁基聚乙炔>二茂铁基聚硅烷的顺序排列。通过对透射谱的分析进一步验证了此结论。而且我们发现此三个体系的电子输运性能好坏并不能完全归因于带隙的不同,包含很多因素的影响。如几何结构、带宽、带隙、载流子有效质量、电子态密度等。尤其是在加入了桥基之后,使传导隧穿能力相应发生了不同的改变,铁与铁的相互作用,铁与茂环的相互作用,茂环-桥基-茂环的相互作用均受到影响,综合以上因素,使导电性能有上述排序。本论文工作在理论方面的研究结果与文献报道的实验结果取得了很好的一致性。

关键词：二茂铁基聚合物输运性能电子结构

Bi（1-x）Sbx合金薄膜的输运性能研究

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Bi（1-x）Sbx合金薄膜的输运性能研究

第四届全国纳米材料会议

作者：范洪涛李广海中国科学院固体物理研究所中国科学院固体物理研究所

本文采用射频磁控共溅射法制备了Bi（1-x）Sbx合金薄膜,研究了薄膜的结构和电输运性能。结果发现,随着溅射靶材中Sb含量的增加,与纯Bi标准谱相比较,所制备的Bi-Sb薄膜样品的衍射峰（012）逐渐向高角度方向移动,表明Bi与 Sb已经合金化,... 详细信息

本文采用射频磁控共溅射法制备了Bi（1-x）Sbx合金薄膜,研究了薄膜的结构和电输运性能。结果发现,随着溅射靶材中Sb含量的增加,与纯Bi标准谱相比较,所制备的Bi-Sb薄膜样品的衍射峰（012）逐渐向高角度方向移动,表明Bi与 Sb已经合金化,形成了Bi（1-x）Sbx合金薄膜,且薄膜中Sb的含量逐渐增加。随着温度的降低,样品的电阻率逐渐升高,呈现出典型的半导体行为。塞贝克（See- beck）系数随着温度的降低,先升高而后降低,最大值与Sb在Bi（1-x）Sbx合金膜中的含量有关,分析讨论了产生这些现象的原因。

关键词：输运性能薄膜半导体热电效应

来源： cnki会议评论

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金刚石基异质结的结构设计与性能研究

金刚石基异质结的结构设计与性能研究

作者：黄兆基吉林大学

学位级别：硕士

在第三代半导体材料中,金刚石材料凭借其卓越的电学性能以及优异的导热性能而备受瞩目,被认为是未来高温高功率电子器件发展的关键。为了尽可能发挥金刚石材料的优势,通过掺杂对集成电路中金刚石的性能进行有效的调制十分重要。表面电... 详细信息

在第三代半导体材料中,金刚石材料凭借其卓越的电学性能以及优异的导热性能而备受瞩目,被认为是未来高温高功率电子器件发展的关键。为了尽可能发挥金刚石材料的优势,通过掺杂对集成电路中金刚石的性能进行有效的调制十分重要。表面电荷转移掺杂方法利用形成异质结后界面的电荷转移,可为金刚石提供有效且非破坏的掺杂,是目前最受关注的金刚石掺杂调制手段。因此,在本论文中,我们基于转移掺杂机制,把目标锁定为界面成键的金刚石异质结,围绕界面结构高通量设计软件的开发、目标材料的高通量筛选、新型金刚石异质结的性能计算模拟三个环节展开了系统的研究,最终成功开发了一套金刚石异质结智能设计软件包、发现了五种新型金刚石外延材料、并讨论了界面成键对异质结界面性能的影响。主要内容包括以下两个方面:1.金刚石基异质结高通量设计软件包开发:本工作中,我们自主研发了一套异质结智能设计软件包,利用该软件包用户可以快速高通量构建金刚石基异质结结构。该软件由以下四个关键模块组成（1）可以选择材料不同晶面并进行晶格重定义,进行异质结的组合。（2）逐层分析材料的结构,判断界面是否为电中性,确定界面的极性。（3）以晶格失配度和角度失配度作为筛选条件,搜索晶格失配度和角度失配度低于一定容差的匹配晶格,从而找到晶格畸变小的合理的异质结结构。（4）计算形成异质结前后界面原子键长的径向分布,利用余弦相似度比较分析形成异质结前后结构的相似度,以此预测界面较为稳定的多个备选异质结结构。通过开发的选择晶面模块、极性判断模块、晶格匹配模块以及表面匹配模块,结合新材料设计方法,实现对材料组合的自动筛选,最终可稳定获得晶格匹配、界面匹配的金刚石基异质结,为全面、高效发掘金刚石基异质结提供支撑。2.金刚石基异质高通量筛选与性能研究:本工作中,我们利用自主研发的异质结智能设计软件开展了一系列理论研究。首先基于现有的材料数据库,我们根据设计的筛选策略进行了多层筛选,并通过高通量计算筛选得到了五种与金刚石匹配的外延材料。最终得到五种新型p掺杂金刚石异质结,五种新型n掺杂金刚石异质结。通过进一步对界面成键的讨论,我们发现同一结构界面不同成键方式将会引入不同类型的掺杂。其次,我们还通过对异质结的电子态密度进行积分,定量计算了形成异质结后界面的载流子面密度。计算发现,我们筛选得到的新型金刚石异质结界面都呈现较高的载流子面密度,其中得到的五种p型异质结的空穴面密度为3.76×1014 cm-2～8.35×1014cm-2,得到的五种n型异质结的电子面密度为3.09×1014 cm-2～7.63×1014 cm-2。最后,我们基于形变势理论,计算讨论了立方氮化硼/金刚石异质结界面的载流子迁移率。结果发现,该异质结不仅整体呈现较高的载流子迁移率,并且展现出明显的各向异性的输运行为:C-B界面X方向迁移率可达3522.29 cm2/V·s,C-N界面X方向迁移率可达1014.99 cm2/V·s。本工作对新型金刚石异质结的探索以及对界面成键的讨论为金刚石材料实验合成与器件应用提供了理论参考。

关键词：第一性原理计算金刚石异质结表面电荷转移掺杂输运性能

石墨烯纳米带电子输运器件结构的设计与性能研究

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石墨烯纳米带电子输运器件结构的设计与性能研究

作者：陈鹰湖南大学

学位级别：硕士

近几年,随着硅基电子器件的逐步微型化和微电子技术的迅速发展,分子器件已经成为未来电子器件发展的重要研究对象。而石墨烯的出现为纳米电子器件的发展带来了新的契机,由于石墨烯相对传统的硅基纳米材料具有更加优秀的电子学性能,所以... 详细信息

近几年,随着硅基电子器件的逐步微型化和微电子技术的迅速发展,分子器件已经成为未来电子器件发展的重要研究对象。而石墨烯的出现为纳米电子器件的发展带来了新的契机,由于石墨烯相对传统的硅基纳米材料具有更加优秀的电子学性能,所以石墨烯纳米带电子器件很有可能替代传统的硅基电子器件。随着众多领域的研究者们对石墨烯的关注,最近几年研究者们更加注重石墨烯分子器件的研究。许多实验和理论上研究它较多的是将石墨烯进行裁剪和掺杂,使其形成特殊的几何结构,从而表现出具有特殊性能的电子器件。因此本文通过裁剪石墨烯纳米带来设计不同几何形状的纳米器件,并利用第一性原理模拟计算纳米器件的电子结构并研究电子器件的输运性能。本文采用基于第一性原理的密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法以扶手型双三角石墨烯纳米带为研究对象,以扶手型石墨烯作为电极,分别进行B(N)掺杂和BN共掺杂的研究,主要研究掺杂对扶手型双三角石墨烯纳米带器件输运性能的影响以及非对称掺杂对扶手型双三角石墨烯纳米带器件整流行为的影响。并且研究了以锯齿型石墨烯作为电极,分别进行B(N)掺杂和BN共掺杂锯齿型双三角石墨烯纳米带器件所引起的整流效应。对以扶手型石墨烯作为电极,以扶手型双三角石墨烯纳米带为研究对象,分别进行B(N)掺杂和BN共掺杂的研究,结果发现,单个硼或氮原子取代扶手型双三角石墨烯纳米带顶点的碳原子后,增强了体系的电导能力,并且出现了新颖的整流效应。分析表明:这是由于硼氮掺杂扶手型双三角石墨烯纳米带器件在正负偏压下分子能级的移动方向和前线分子轨道空间分布的不对称而产生的。最重要的是,当左右三角石墨烯纳米带的顶端原子同时被硼和氮掺杂后,体系的整流效应显著增强。对以锯齿型石墨烯作为电极,以锯齿型双三角石墨烯纳米带为研究对象,分别进行B(N)掺杂和BN共掺杂的研究,结果表明,硼氮掺杂后增强了体系的电导能力,出现了不同方向的整流行为,而且出现了负微分电阻效应。研究表明掺杂原子种类以及掺杂的位置影响着整流效应的方向。

关键词：石墨烯纳米带掺杂分子器件电子性能输运性能

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过阻尼布朗棘轮的斯托克斯效率研究

物理学报 2017年第22期66卷 146-153页

作者：吕明涛延明月艾保全高天附郑志刚沈阳师范大学物理科学与技术学院沈阳110034 华南师范大学物理与电信工程学院广州510006 华侨大学信息科学与工程学院厦门361021

根据随机能量理论解析得到阻尼环境中布朗粒子的概率流和斯托克斯效率,并进一步研究布朗粒子的输运性能.详细讨论了空间的不对称性、外偏置力及外势结构等对棘轮定向输运的影响.研究发现,合适的外偏置力能使棘轮的定向输运达到最强.通... 详细信息

根据随机能量理论解析得到阻尼环境中布朗粒子的概率流和斯托克斯效率,并进一步研究布朗粒子的输运性能.详细讨论了空间的不对称性、外偏置力及外势结构等对棘轮定向输运的影响.研究发现,合适的外偏置力能使棘轮的定向输运达到最强.通过调节外势的不对称性可使棘轮中粒子的运动反向,当选择合适的空间不对称性时布朗粒子的反向输运可获得最强.此外,一定条件下合适的外势高度也能增强棘轮输运,且能使粒子克服黏滞阻力的斯托克斯效率达到最大.所得结论能够启发实验上设计合适的外势及外偏置来优化布朗棘轮的定向输运性能,并为生物纳米器件的研制提供一定的理论参考.

关键词：概率流黏滞阻力斯托克斯效率输运性能