[发明专利]梯子形石墨烯纳米条带电子开关

说明书

技术领域

本发明涉及基于石墨烯的纳米电子器件，尤其是电子开关器件。

 

背景技术石墨烯材料的出现引起了广泛的关注，利用石墨烯制做的晶体管不仅体积小、成本低，而且用于开启和关闭的电压非常低，因而非常敏感、速度更快、功耗更低。石墨烯还有很多新颖的物理性质，例如：强磁场下反常的量子霍耳效应、反弱局域化、弹道输运、Josephson效应、双极性超导特性等。石墨晶体管能够很容易地设计成各种结构，被视为目前场效应管沟道的理想材料。

石墨烯中原子呈正六边形排布，被裁剪成条带状后，有类似碳纳米管结构的量子限域效应，石墨烯纳米条带根据边界条件的不同，分为扶手（Armchair）型和锯齿（Zigzag）型，其中Zigzag型石墨烯纳米条带呈现金属性，Armchair型的随着其条带宽度的变化呈现金属或非金属性。除了规则形状石墨烯纳米条带之外，国内外学者也对其他一些特殊结构石墨烯条带的各种性质进行了研究，并得出一些有意义的结果。

吉林大学的李海东，采用推广的传递矩阵方法和非平衡态格林函数方法对二维石墨烯和一维单层石墨烯纳米条带这两种结构的石墨烯条带进行了研究，计算结果表明：由于石墨烯纳米条带凸出肩的边缘态致使的反共振效应，使得在Dirac点周围出现强烈的电导抑制[LI Hai Dong, WANG Li, LAN Zhi Huan, et al. Generalized transfer matrix theory on electronic transport through grapheme waveguide[ J ]. Phys Rev B, 2009, 79: 155429.]。清华大学徐勇和程小兵等人，发现金属型的无带隙的石墨烯结构的电导谱在Dirac点附近形成了绝缘带型结构，由于石墨烯纳米结的凸出部分有局域化边缘态出现，所以这是反共振效应的体现[XU Yong, CHEN Xiao Bin, WANG Jian Sheng, et al. Thermal transport in graphene junctions and quantum dots[ J ]. Phys Rev B, 2010, 63: 195425.]。智利Tecnica Federico Santa Mar?a大学的L. Rosalesa和M. Pachecoa等人提出了一种梳子型的石墨烯条带结构，通过研究发现，在锯齿数增加时，其局域态密度随费米能变化更加剧烈，电导呈现出越来越明显的开关特性[ROSALESA L, PACHECOA M, BARTICEVICA Z, et al. Conductance of armchair GNRs with side-attached organic molecules[ J ]. Microelectron J, 2010, 23(12): 2692-2695.]。德国Regensburg大学的J. Wurm和M. Wimmer等人提出一种环形的石墨烯器件结构，他们计算了该器件模型在不同磁通下的隧穿率，发现在低磁通的情况下石墨烯环的电导峰起落比高磁通时剧烈[WURM J, WIMMER M, BARANGER H U, et al. Graphene rings in magnetic fields: Aharonov-Bohm effect and valley splitting[ J ]. Solid-State Electron, 2010, 48: 1105 - 1120.]。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种梯子形石墨烯纳米条带电子开关，通过采用不同物理尺寸的梯子型AGNR（Armchair Graphene Nanoribbon），来调节其中心区所需电导峰的高度，通过控制器件费米能的变化来产生电导可变的电子器件。