石墨烯納米器件中的電子輸運.pdf

1、隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展和制造工藝的進(jìn)步，電子器件的特征尺寸在逐年縮小，目前已經(jīng)進(jìn)入納米量級。在這個尺度范圍下，由于量子效應(yīng)的出現(xiàn)，經(jīng)典電路理論將不再適用。近三十年來一系列的實驗在不同的材料和體系下發(fā)現(xiàn)了各種新奇量子現(xiàn)象的存在。其中于2004年發(fā)現(xiàn)的石墨烯材料由于其優(yōu)越的電學(xué)性能以及穩(wěn)定性，成為了理論與實驗中熱門的研究對象，并展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文主要從散射矩陣?yán)碚撘约案窳趾瘮?shù)方法出發(fā)，研究了石墨烯納米器件中的電子輸運性

2、質(zhì)，旨在為納米器件的制造與納米集成電路提供一些理論方面的支持和參考。我們在多端口石墨烯器件動態(tài)電流電壓響應(yīng)的探究中，討論了石墨烯納米器件的測量、整流、耗散等特性。文中主要內(nèi)容如下：
　　本文首先介紹了石墨烯材料的電學(xué)特性。根據(jù)最近鄰緊束縛近似計算的結(jié)果表明，在不同的寬度、邊緣結(jié)構(gòu)下，石墨烯納米條帶展現(xiàn)出不同的色散關(guān)系、傳播模式、導(dǎo)電特性等。本文同時介紹了研究石墨烯納米器件動力學(xué)電導(dǎo)時所用到的交流輸運理論和格林函數(shù)方法，并討論了兩種

3、方法之間的聯(lián)系及其優(yōu)缺點。
　　基于這些石墨烯納米條帶的基本性質(zhì)以及電子輸運理論，本文研究了石墨烯納米器件四端測量的阻抗特性。相對于傳統(tǒng)的二端測量方法，四端測量消除了引線與導(dǎo)體的接觸電阻，使得測量結(jié)果更為精確。根據(jù)四端測量體系的交流輸運特性，我們可以得到體系的阻抗網(wǎng)絡(luò)矩陣，最后得出的四端測量阻抗表達(dá)式與每兩個端口間的動力學(xué)電導(dǎo)都相關(guān)。本文結(jié)論說明，在四端口石墨烯納米條帶結(jié)構(gòu)中，能量在狄拉克點附近時四端測量結(jié)果可能會出現(xiàn)負(fù)電阻與負(fù)電

4、抗。當(dāng)體系費米能遠(yuǎn)離狄拉克點時，四端電阻在零值附近上下振蕩，而四端電抗從峰值迅速縮小到零值附近。這主要是由于電壓探測端引入了非彈性散射并改變了導(dǎo)體中的電荷分布，在納米器件的四端測量結(jié)果上表現(xiàn)出電子波動性。
　　本文還研究了石墨烯納米條帶場效應(yīng)管中的電荷弛豫電阻。不同于直流情形下的Landauer電阻，電荷弛豫電阻伴隨著電容在交流電路出現(xiàn)，并決定了電路中的時間常數(shù)。本文結(jié)論說明，石墨烯納米條帶場效應(yīng)管中柵極電荷弛豫電阻存在量子化現(xiàn)象