基于Au纳米岛修饰的CdSSe纳米带光电探测器

三元合金CdS_xSe_1–x兼具CdS和CdSe的物理性质,其带隙可以通过改变元素的组分来调节.该合金具有优异的光电性能,在光电器件方面具有潜在的应用价值.本文首先通过热蒸发法制备了单晶CdS_0.42Se_0.58纳米带器件,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光电流与暗电流之比为1.24×10³,光响应度达60.1 A/W,外量子效率达1.36×10⁴%,探测率达2.16×10¹¹ Jones,其上升/下降时间约为41.1/41.5 ms.其次,通过Au纳米岛修饰该CdS_0.42Se_0.58纳米带后,器件的光电性能显著提升,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光开关比、响应度、外量子效率及探测率分别提高了5.4倍、11.8倍、11.8倍和10.6倍,并且上升/下降时间均缩短了近一半.最后基于Au纳米岛的局域表面等离子共振解释了器件光电性能增强的微观物理机制,为在不增大器件面积的前提下,...     

石墨烯纳米带的制备与电学特性调控

石墨烯由于其独特的晶体结构展现出了特殊的电学特性,其导带与价带相交于第一布里渊区的六个顶点处,形成带隙为零的半金属材料,具有优异的电子传输特性的同时也限制了其在电子学器件中的使用.因而科研人员尝试各种方法来打开其带隙并调控其能带特性,主要有利用缺陷、应力、掺杂、表面吸附、结构调控等手段.其中石墨烯纳米带由于量子边界效应和限制效应,存在带隙.本综述主要介绍了制备各类石墨烯纳米带的方法,并通过精确调控其细微结构,从而对其进行精确的能带调控,改变其电学特性,为其在电子学器件中的应用提供一些可行的方向.     

基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析

提出了一种具有超薄有源层的谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计方法,利用谐振腔结构可以将光场限制在腔内,有效增强探测器的吸收.通过研究谐振腔内光场谐振条件及谐振模式下探测器响应度增强的机理,建立了驻波效应下谐振腔增强型石墨烯光电探测器光吸收模型,仿真分析谐振腔反射镜反射率、谐振腔腔长对于腔内光场增强器件性能的影响.理论分析表明,谐振腔增强型石墨烯光电探测器在850 nm处响应度可达0.5 A/W,相比无腔状态下提高了32倍;半高全宽为10 nm.采用谐振腔结构能够提高石墨烯光电探测器件的光电响应,为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了途径.     

不同温度条件下单层石墨烯纳米带弛豫性能的分子动力学研究

分别采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势,对三种长宽比的单层石墨烯纳米带在不同热力学温度(0.01—4000 K)下的弛豫性能进行了分子动力学模拟.对基于两种势函数模拟的石墨烯纳米带弛豫的能量曲线和表面形貌进行了分析对比,研究了石墨烯纳米带在弛豫过程中的动态平衡过程.模拟结果表明:单层石墨烯纳米带并非完美的平面结构,边缘处和内部都会呈现一定程度的起伏和皱褶,这与已有的实验结果相符合;石墨烯纳米带的表面起伏程度随长宽比的减小而减小,并且在不同温度条件下,系统动能对石墨烯纳米带的弛豫变形的影响很大,即系统温度越高,石墨烯纳米带的弛豫变形幅度愈大;高长宽比纳米带在一定温度条件下甚至会出现卷曲现象.最后,对采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势进行石墨烯的分子动力学模拟进行了深入分析.     

含带隙石墨烯纳米带的自旋筛选输运

利用Landauer-Büttiker公式和非平衡格林函数方法,研究了在电荷和自旋偏压共同作用下的扶手椅型石墨烯纳米带的自旋相关的电子输运性质. 当系统存在两种偏压时,不用自旋的电子具有不同的偏压窗口. 同时,含带隙石墨烯纳米带具有与自旋无关的导电电压阈值. 通过设置适当的两种偏压值,系统可以产生易于调节的单一自旋的电流.     

石墨烯纳米结构的制备及带隙调控研究

石墨烯在未来微电子学领域有极大的应用前景,但是其零带隙的特点阻碍了石墨烯在半导体领域的应用.研究发现,打开室温下可用的石墨烯带隙所需要的石墨烯纳米结构尺度在10 nm以下,这一尺度的纳米结构一方面制备比较困难,另一方面器件可承载的驱动电流较小.因此,如何实现亚10 nm石墨烯纳米结构的有效加工以及如何在有效调控带隙的基础上增大石墨烯器件可承载的驱动电流,还需要进一步的研究.本文首先研究了利用聚甲基丙烯酸甲酯/铬(PMMA/Cr)双层结构工艺,通过刻蚀时间的控制,利用电子束曝光及刻蚀工艺实现了亚10 nm石墨烯纳米结构的可控制备.同时设计并制备了单排孔石墨烯条带结构,该结构打开的带隙远大于相同特征宽度石墨烯纳米带所能打开带隙的大小.该结构在有效打开石墨烯带隙的同时,增加了石墨烯纳米结构可以承载的驱动电流,有利于石墨烯在未来微电子领域的应用.     

界面铁掺杂锯齿形石墨烯纳米带的自旋输运性能

基于密度泛函理论第一原理系统研究了界面铁掺杂锯齿(zigzag)形石墨烯纳米带的自旋输运性能, 首先考虑了宽度为4的锯齿(zigzag)形石墨烯纳米带, 构件了4个纳米器件模型, 对应于中心散射区的长度分别为N=4, 6, 8和10个石墨烯单胞的长度, 铁掺杂在中心区和电极的界面. 发现在铁磁(FM)态, 四个器件的β自旋的电流远大于α自旋的电流, 产生了自旋过滤现象; 而界面铁掺杂的反铁磁态模型, 两种电流自旋都很小, 无法产生自旋过滤现象; 进一步考虑电极的反自旋构型, 器件电流显示出明显的自旋过滤效应. 探讨了带宽分别为5和6的纳米器件的自旋输运性能, 中心散射区的长度为N=6个石墨烯单胞的长度, FM 态下器件两种自旋方向的电流值也存在较大的差异, β自旋的电流远大于α自旋电流. 这些结果表明: 界面铁掺杂能有效调控锯齿形石墨烯纳米带的自旋电子, 对于设计和发展高极化自旋过滤器件有重要意义.     

应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究

从动势能转换与守恒原理出发,在微正则(NVE)系综下,采用COMPASS力场对石墨烯纳米带及其应变传感器的谐振特性进行了分子动力学模拟.研究发现,非线性响应主导了石墨烯纳米带的动态行为,而其超高的基波频率则与长度和边界条件密切相关;单轴拉伸应变对石墨烯纳米带基波频率的影响显著且强烈依赖于边界条件,四边固支型应变石墨烯纳米带具有更高的频移,其灵敏度可高达7800 Hz/nanostrain,远大于相同长度碳纳米管应变传感器的灵敏度;石墨烯纳米带及其应变传感器的谐振特性均与手性无关.本文所得结果表明,由于超低 关键词： 石墨烯纳米带 分子动力学 应变 基波频率     

羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带的电子结构

利用密度泛函理论,计算了羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带(OH-ZGNRs)的相对稳定性和外加横向电场对其电子结构的影响.计算结果表明:OH-ZGNRs比氢饱和ZGNRs(H-ZGNRs)更为稳定,具有窄带隙自旋极化基态.此外,在外加横向电场作用下,OH-ZGNRs可实现半导体到半金属相转变. 关键词： 石墨烯纳米带 密度泛函理论 电场     

Zigzag型边界石墨烯纳米带的电子态

在紧束缚近似下, 提出有限系统的Bloch定理方法, 解析计算了Zigzag型石墨烯纳米带的电子态和能带.研究发现, 其电子态有两类, 分别是驻波态和边缘态; 驻波态的波矢为实数, 波函数是正弦函数形式; 边缘态的波矢主要是虚数, 实数部分为零或者π/2, 波函数是双曲正弦函数形式. Zigzag型石墨烯纳米带的能带由驻波态能量和边缘态能量组成, 我们推导了边缘态的关于无限长方向波矢和能量的精确取值范围. 讨论了边缘态和驻波态的过渡点, 发现两种电子态通过不同的方式在受限波矢趋于零时关于格点位置逼近线性关系. 当受限方向也变成无限长时, 可以得到与无限大石墨烯相同的能带关系. 关键词： 紧束缚模型 Zigzag型石墨烯纳米带 边缘态     

氧钝化石墨纳米带电子和光学性质的第一性原理

采用第一性原理方法,研究了氧原子钝化的扶手椅型石墨纳米带的结构、电磁特性和光学性质. 氧原子钝化的石墨纳米带比氢原子钝化稳定,显示出金属性质. 自旋极化计算的能带和态密度研究表明,该纳米带反铁磁态比铁磁态稳定,表现为反铁磁半导体特征. 由于边沿钝化的氧原子的影响,该系统的介电函数有明显的红移,且第一个介电峰主要由最高价带贡献. 介电函数、折射系数、吸收系数及能量损失等的峰值与电子跃迁吸收有关.     

Graphene的物理性质与器件应用

Graphene因其新奇的物理性质和广泛的应用前景已迅速成为国际新材料领域的研究前沿和热点.文章详细介绍了Graphene奇特的物理性质（多体相互作用、量子霍尔效应、双极场效应、弱局域化效应等）,并对其在微纳米器件、分子电子学、自旋电子学等领域的应用进展给出了综述.     

基于标准CMOS工艺的UV/blue光电探测器

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器,该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中,浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层(浅P阱)和Nwell层形成,以增强其对紫外/蓝光的吸收,栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流,提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明,本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流,对300~550nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下(光强小于1μW/cm2),响应度优于105 A/W,随着光强增大,响应度逐渐降低,但总体仍超过103 A/W.     

铜表面抗氧化性能与其覆盖石墨烯的层数依赖关系研究

We studied the oxidation resistance of graphene-coated Cu surface and its layer dependence by directly growing monolayer graphene with different multilayer structures coexisted, di-minishing the influence induced by residue and transfer technology. It is found that the Cu surface coated with the monolayer graphene demonstrate tremendous difference in oxidation pattern and oxidation rate, compared to that coated with the bilayer graphene, which is considered to be originated from the strain-induced linear oxidation channel in monolayer graphene and the intersection of easily-oxidized directions in each layer of bilayer graphene, respectively. We reveal that the defects on the graphene basal plane but not the boundaries are the main oxidation channel for Cu surface under graphene protection. Our finding indi-cates that compared to putting forth efforts to improve the quality of monolayer graphene by reducing defects, depositing multilayer graphene directly on metal is a simple and effective way to enhance the oxidation resistance of graphene-coated metals.     

Numerical Analysis of Alternating-Current Small-Signal Response in Graphene Nanoribbons

Alternating-current small-signal admittances of armchair graphene nanoribbons are investigated using the method of non-equilibrium Green＇s function. The calculated ac admittances show an oscillatory response between inductive and capacitive behaviors, which is a result of the finite length of the graphene nanoribbon. The effects of hydrogen-passivated edges on ac response are demonstrated. At low frequency, the edge effects transform the inductive behavior in a metallic graphene nanoribbon into a capacitive one. Finally, the effects of variations in the width and bandgap of a graphene nanoribbon on its dynamic response are investigated.     

Transfer-Free Graphene Growth on Dielectric Substrates: A Review of the Growth Mechanism

Ever since the more-than-decade-old discovery of application of mechanical exfoliation to obtain graphene, this 2-dimensional material was known for its soaring promise in various applications, owing to its excellent properties. Graphene, most popularly grown on metallic substrates by chemical vapour deposition, needs to be transferred onto dielectric substrates for multiple optical and electronic applications. During such complex and expensive transfer steps, defects are introduced into graphene, which deteriorates the quality and thus, properties of graphene. An alternative approach to surmount these problems is the elimination of the transfer process and to directly grow graphene on dielectric substrates, for future electronic and optical applications. This review presents a comprehensive and an up-to-date account of the development of synthesis methods, challenges and future directions for transfer-free graphene growth on dielectric substrates. Special emphasis is given on the fundamentals of growth mechanisms of various transfer-free graphene synthesis processes on dielectric materials.     

Graphene的制备与结构特性

Graphene是一种严格的二维晶体材料,因其具有独特的结构和性能,已迅速成为国际新材料领域的研究前沿和热点,文章详细介绍了近几年发展起来的Graphene的化学制备方法,如SiC高温热解外延法、过渡金属催化外延法、化学修饰分散/还原法等,并对各种方法的特点,研究现状及应用前景进行了评述.     

Graphene的物理性质与器件应用

Graphene因其新奇的物理性质和广泛的应用前景已迅速成为国际新材料领域的研究前沿和热点.文章详细介绍了Graphene奇特的物理性质(多体相互作用、量子霍尔效应、双极场效应、弱局域化效应等),并对其在微纳米器件、分子电子学、自旋电子学等领域的应用进展给出了综述.     

PTCDA/P-Si光电探测器欧姆接触层的XPS测试分析

在光电探测器PTCDA/P-Si芯片的有机层表面,成功制作出了比接触电阻为4.5×10-5Ω·cm2的低阻欧姆接触层。利用X射线光电子能谱(XPS)对Al/Ni/ITO的欧姆接触层界面的电子状态进行了测试和分析。结果表明,ITO中的In3d及Sn3d各出现两个分裂能级的谱峰,它们是In和Sn原子处于氧化环境的结合能。Ni2p有两个谱峰Ni2p(1)及Ni2p(2),低结合能位置Ni2p(1)对应于Ni原子被X射线激发产生的谱峰,说明NiITO之间没有发生化学反应,Ni层阻止了Al层被氧化成Al2O3;高结合能Ni2p(2)谱峰说明已形成了Al3Ni冶金相,有利于低阻欧姆接触层的形成。     

密度泛函理论研究多巴胺在纯的, Fe和Ca掺杂石墨烯材料表面的吸附机理

本论文用密度泛函理论方法研究了多巴胺在纯的, Fe和Ca掺杂的石墨烯上的吸附机理. 通过它们之间的相互作用能, 态密度, 布局电荷, 差分电荷密度分析发现多巴胺平行躺在纯的石墨烯表面主要是π•••π, -CH•••π相互作用, 而垂直放在纯的石墨烯表面主要是-OH•••π相互作用, 这些都表现为典型的物理吸附. 而Fe和Ca掺杂的石墨烯大大增强了多巴胺的吸附, 主要体现为典型的化学吸附, 因为掺杂金属原子与多巴胺的邻苯二酚羟基主要形成“bridge bidenate” or “monodenate”共价相互作用. 而且我们发现“monodenate”共价作用不一定小于“bridge bidenate”共价作用, 主要取决于相互作用原子之间最短距离的大小. 研究结果有望为多巴胺-石墨烯基体系在生物组织工程, 传感器方面的应用上提供有价值的理论指导.