边缘缺陷的磷烯纳米带电子输运性质的研究文献综述

 2022-05-29 22:52:17

到目前为止,各种类型的二维材料已经被制造出来,并且具有不同的物理性能,其中磷 烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着的广阔 的应用前景。因此,对黑鳞的研究引起了科研人员极大的兴趣。黑磷材料层与层之间通过范 德瓦尔斯力相结合。有人采用获取石墨烯的类似方法——机械剥离法,从块体黑磷材料中成功的剥离出了单层黑磷,并将它命名为“磷烯”[1]

2014年中国科学家陈仙辉、张远波等人[2]成功制备出基于新型二维晶体黑磷的场效应晶体管器件,这是国际学界继石墨烯之后的又一重要进展。研究人员在黑鳞晶体中制造了场效应管,并在室温下实现了可靠的晶体管性能,他们在薄层磷烯的场效应管晶体中观察到了很高的开启电流、电荷迁移率、开关比。

洪金斌,翟峰[3]模拟了以高迁移率的磷烯为材料的T型三端弹道结在不同温度、费米能下的输运特性。材料的各向异性与三端弹道结的弹道特性结合,让输出特性更加丰富。在常温条件下,对称输入端施加推拉式电压时的输出特性能够胜任整流器;在非对称输入端施加推拉式电压时,右端armchair边缘的三端弹道结适用于lsquo;或rsquo;逻辑门,而右端zigzag边缘的三端弹道结能够适用于lsquo;与rsquo;逻辑门。还讨论了三端弹道结在推拉式电压下的热流特性。通过控制一个输入端的电压,可让体系发挥电压二极管和三极管的作用。一种器件就能实现如此多的功能,是纳米电子器件发展所期望达到的目标.

梅昌荣等人[4]发现磷烯不仅具有密度小、优良的导电性、导热性及柔性性能,而且还能够与硅晶片及硅烯完全相容,利用它的这些特点及石墨烯、锡烯、硅烯的特点可以制造出一大批柔性元器件,假如再将这些柔性元器件安装在FCB上,就能实现真正意义上的柔性电路板。

任劼[5]发现磷烯的单/双空位会导致缺陷带或局域带出现在带隙附近。机械应变和缺陷共同影响,单孔位引起 P/N 型掺杂特性。这种特性能够被应变消除。双轴拉伸时:带隙先增大后减小,但应变对 SV956 的带隙影响不大。导带中的缺陷带进入带隙,同时,其保持向价带移动的趋势。双轴压缩时:带隙单调降低。对于单空位,带隙的缺陷带的局域性很强,并存在向导带移动的趋势。对于双空位,缺陷带分布在导带边缘,并且随着应变逐渐向导带内部移动。

Li[6]等人借助机械剥离法成功得到单层黑磷后经研究发现,将单层的黑磷放置在 SiO2 的硅晶片衬底上成功制成黑磷场效应晶体管。在室内温度下,当黑磷的厚度达到 7.5nm 厚时, 该场效应管的漏电流调制幅度甚至能够达到 105。除此以外还发现其电荷具有的载流子迁移率与厚度有一定的关联。他们分别研究了由厚度为 5nm、8nm、10nm 的黑磷制备成的场效应晶体管,发现由厚度为 10nm 的二维黑磷制备的场效应管的迁移率最高。

除此之外,Yasaei[7] 等人通过液相剥离的方法成功制备了高纯度的二维黑磷,不仅在一 定程度上提高大幅的产量,并且还做成了场效应晶体管。经过他们研究发现在环境条件下 7.4nm 的二维黑磷 FET 的源漏极偏压(VSD)为 0.7V 和 1.3V 时栅极电压与源漏电流的关系。

Hu[8]等人研究了 Li、Na、Mg、Al、Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Pd、Pt、Au 原子吸附在单层黑磷上,发现表面吸附的原子更偏向于六边磷环的中间空位处。Li、Na、Al、 Cr 原子吸 附后体系表现出金属状态,Cr 原子吸附后出现磁性,其它八个原子吸附后 体系仍保持半导 体带隙。 关于黑磷纳米带方面的研究也有许多的报道。

XihongPeng[9]等人研究了不同元素进行边缘修饰的磷烯纳米带(H、F、Cl、OH),发现对于扶手椅型黑磷纳米带结构而言这些元素修饰后体系均为半导体结构,而对于锯齿型黑磷 纳米带结构而言由于边缘修饰原子的不同,体系可能出现半导体结构或者金属结构。

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