二维层状黑磷烯负微分电阻场效应管的第一性原理研究

黑磷烯负微分电阻场效应管的前沿进展主要体现在其独特的电子特性和应用潜力上。黑磷烯作为一种二维层状材料,具有直接带隙半导体的特性。当它与金电极以特定的方式接触时,可以展现出独特的电子整流和负微分电阻效应。具体来说,沿着锯齿(zigzag)型方向排列的黑磷烯与金电极(100)表面接触时,能形成稳定的负微分电阻效应。这一特性使得黑磷烯负微分电阻场效应管在半导体纳米晶体器件中有广泛的应用前景。

基于负微分电阻特性的SET/CMOS反相器

基于单电子晶体管(SET)和PMOS管串联产生的负微分电阻(NDR)特性,提出了一种新型的SET/CMOS反相器.该反相器利用NDR特性与NMOS负载管的电流-电压特性构成两个单稳态点,实现反相功能.应用HSPICE仿真器,采用精准的单电子晶体管的子电路模型及22nm CMOS预测技术模型对该反相器进行仿真,结果表明:该反相器的功能正确,具有比传统CMOS反相器更低的功耗;与其它单电子反相器相比,该反相器可在室温下实现输出电压全摆幅,且具有较低的传输延迟.

基于非对称分子的全碳分子器件的负微分电阻及整流行为

使用基于非平衡格林函数和密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究苯环连接碳链构成的非对称分子与石墨烯电极组成的分子器件的电子输运性质。通过计算,我们发现该分子器件表现出明显的负微分电阻现象和整流行为,通过分析分子自洽哈密顿量和前线分子轨道,发现整流行为的出现是由于不同方向的外加电场导致前线分子轨道能级的非对称移动造成的,而负微分电阻是因为在某些特定电压下电导通道被压制,使得电流迅速降低而形成的。

Mg、Na原子的嵌入对富勒烯C_(50)的电子传输特性与负微分电阻效应的影响

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了Mg、Na原子的嵌入对于C50分子的电子传输特性与负微分电阻效应的影响.结果显示Mg、Na原子的嵌入明显改变了C50分子的负微分电阻效应,且大大增强了C50分子的电子传输性能.分析认为,由于Mg、Na原子的嵌入,使得电子输运系数发生偏移而改变了C50分子的电子传输性能和负微分电阻效应.

石墨烯电极弯折对2-苯基吡啶分子器件负微分电阻特性的调控和机理

采用非平衡格林函数结合密度泛函理论探讨了以锯齿型石墨烯纳米带为电极、2-苯基吡啶分子为中心区的分子器件电子输运性质.分析I-V特性及透射谱随偏压的变化表明,电极弯折能够调控器件负微分电阻特性,使器件峰值电压(V_(p))减小、电流峰谷比(PVR)增大,当电极弯折角度为15°时,器件获得低峰值电压(0.1 V)、高电流峰谷比(12.84)的负阻特性.平衡态下器件的透射谱、态密度、散射态实空间分布图及投影态密度解释了器件负阻特性被调控源于电极弯折使器件中心分子与电极间的波函数交叠发生变化,导致两者间耦合减弱.弱耦合下外加偏压后,器件的透射系数因能级移动和偏压的变化而产生大幅波动,使器件在低偏置电压处即出现大的透射系数,产生峰值电流Ip,降低了器件的V_(p),且增大了PVR值,其所获得的低V_(p)、高PVR的负阻特性在低功耗分子电子领域具有潜在的应用前景.

GNRFET输运特性中的负微分电阻效应研究

利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的数值分析方法,以均匀型和十字型两种不同类型的石墨烯纳米带作为沟道,研究了石墨烯纳米带场效应管(GNRFET)的负微分电阻效应。分析了不同类型GNRFET的端口输运性质:均匀型GNRFET具有良好的输运特性;十字型GNRFET由于中间的干破坏了原来两边缘的输运路径,其传输系数均不超过1。十字型GNRFET的输出特性具有明显的负微分电阻效应,且栅电压对此有调控作用。从传输谱的角度给出了GNRFET负微分电阻特性的理论解释和栅压调控的能量图,为微纳器件负微分电阻效应的研究提供了一定的理论依据。

B原子的掺杂对富勒烯C_(32)的电子传输特性与负微分电阻效应的影响

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了硼原子的掺杂对于富勒稀C32分子的电子传输特性与负微分电阻效应的影响.结果显示硼原子的掺杂明显降低了C32分子的电子传输特性,却增强了分子的负微分电阻效应.分析认为,硼原子的掺杂减少了核外电子是导致分子的电子传输性能降低和负微分电阻效应增强的主要原因.本文还研究了掺杂的硼原子的个数多少对C32分子的影响.

石墨烯纳米结构中负微分电阻效应研究

由于石墨烯具有高电子迁移率的特性,可以用来制备高频电子器件。利用传输矩阵方法,对石墨烯p-n结及方形势垒纳米结构中的负微分电阻效应进行了研究。证实了石墨烯p-n结中负微分电阻现象比传统半导体中的幅度要小,石墨烯中Klein隧穿过程的存在使负能量范围内的空穴对电流产生影响。石墨烯纳米方形势垒中发生负微分电阻效应的位置在费米面附近,势垒宽度越大,对载流子的阻挡越大,负微分电阻效应越明显。

ZnS纳米薄膜的负微分电阻和记忆特性

通过激光分子束外延(LMBE)和热蒸发技术制备了基于ZnS纳米薄膜的Al/ZnS/ITO/玻璃器件,通过原子力显微镜(AFM)对ZnS表面薄膜形貌进行表征,采用Keithley 2400测量其电学特性,分别研究了扫描电压、ZnS薄膜厚度及不同温度的退火处理对器件电学特性的影响。实验结果表明:在不同的扫描电压作用下,器件均表现出稳定的负微分电阻特性,且其阻值随扫描电压的变化呈现出高低电阻两种状态,器件具有明显的记忆特性。适当减小ZnS薄膜的厚度或对器件进行400℃退火处理,均可有效减小低阻态的阻值,提高器件的峰-谷电流比率,进而优化器件的记忆特性。最后,基于能谷散射理论,对器件的负微分电阻特性进行了合理解释,理论和实验结果吻合较好。

基于ATK的一维分子链负微分电阻效应计算

利用应用第一性原理计算软件Atomistix ToolKit(ATK)计算了由一维线性分子链(CpFeCpV)n和镍电极组成的两电极体系的负微分电阻效应.该计算方法基于电子密度泛函和非平衡态格林函数理论.通过对于不同结构下的伏安特性曲线的计算,我们预测了该体系中的负微分电阻效应,并讨论了末端基团和吸附位置对负微分电阻效应开始电压的有效调控.

基于GaN的太拉赫兹负微分电阻振荡器

在闪锌矿结构的GaN中 ,载流子在Γ能谷中反射能够引起负微分电阻效应。基于这种机制的GaNn+ nn+ 振荡器的自振荡频率在太拉赫兹范围内。从理论上仔细研究了这种振荡器内部电场畴的动态变化以及振荡频率对振荡器两端所加电场的依赖关系 ,并预言了利用GaN负微分电阻振荡器作为可调谐太拉赫兹源的理论可能性。

水热合成纳米V_2O_5·nH_2O及其负微分电阻器件

采用水热法以偏钒酸铵和硝酸制备水合五氧化二钒(V_2O_5·nH_2O)纳米带,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射分析仪(XRD)及拉曼光谱分析仪(Raman Spectra)对产物进行表征,采用半导体特性分析仪测试以产物为沟道的场效应器件性能。结果表明:制得的V_2O_5·nH_2O纳米带宽100~150nm,厚约20nm,含水量n在0.5~1之间,具有类晶结构;器件具有N型负微分电阻(N-NDR)效应,与V_2O_5·nH_2O的双载流子导电及Poole-Frenkel发射相关。栅压为0~9V时,开关电压随栅压增大而升高,峰谷电流比变化小,期间,栅压为1V时电压跨度最大为0.61V。

加拿大科学家发现引起负微分电阻效应的精确原子结构

据科技部网站2017年3月14日报道，加拿大阿尔伯塔大学国家纳米中心的研究团队近日发现了引起负微分电阻（NDR）效应的精确原子结构，研究成果发表在《物理评论快报》杂志。NDR效应于1958年被首次观测到，并被第一次实际应用在江琦二极管中，由于研制困难，限制了其广泛应用。加拿大团队利用扫描隧道电子显微镜，不仅发现了引起NDR效应的精确原子结构，还能控制这种效应。

硼氮原子取代掺杂对分子器件负微分电阻效应的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了硼氮原子取代掺杂对三并苯分子电子输运性质的影响.计算结果表明,三并苯分子器件的电流在特定偏压区间内随电压的增加而减小呈现出负微分电阻效应,电流的峰谷之比高达5.12.用硼原子或者氮原子取代分子的中心原子后,器件0.8 V以内的电流明显增加,但是负微分电阻效应减弱,相应的电流峰谷比分别降至3.83和3.61.分析认为,输运系数在特定偏压下的移动是器件负微分电阻效应的主要成因.核外电子数的差异导致硼氮原子掺杂取代可以使器件轨道及其透射峰分别向高能方向或者低能方向移动从而有效地调控了器件的低偏压下的电子传输能力和负微分电阻效应.

单电子晶体管-金属氧化物半导体场效应晶体管多峰值负微分电阻器件

传统的共振隧穿二极管的多峰值负微分电阻器件的峰值数目受到限制 ,由单电子器件和传统的金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)器件组成的多峰值负微分电阻器件在原理上具有无穷多个峰值 ,并且MOSFET使单电子晶体管 (SET)的峰值和谷值电流大小受其源漏电压的影响减小 .利用这种多峰值负微分电阻器件实现了多值存储器 ,该存储器原理上是无穷多值的 .并且利用它的折叠的I V特性 ,实现了一个 4位的FlashA D转换器 ,与传统的FlashA D转换器相比 ,SET MOSFET的A D转换器大大地简化了电路 .

电极距离和取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻的影响

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,研究了电极距离和相对取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻行为的影响.结果显示,负微分电阻行为强烈依赖于电极距离和相对取向.当电极距离为0.35nm且体系的对称性最高时,可以产生最好的负微分电阻行为.

金纳米线接触构型相关的双重负微分电阻与整流效应

运用第一性原理密度泛函理论(DFT)和非平衡格林函数(NEGF)方法,研究了[111]Au纳米线与1,4-二硫苯酚(DTB)构成的分子结的电子输运性质.构建并优化不同的Au-DTB接触构型,计算发现:尖端顶位构型最利于电流输运;非对称构型大多具有很好的整流特性(最大整流比为25.6);部分结构出现双重负微分电阻(NDR)效应.分析表明,整流效应主要源于非对称接触构型两端S-Au键的稳定性差别;尖端金原子与硫原子的耦合能级中,近费米面的能级对低压区电子传输起主要作用;电压增大,离费米面较远的能级对输运起主导作用,DTB的本征能级也逐渐参与,这一转变致使电流出现两峰一谷的双重NDR效应.

用微分极化电阻测量技术研究有机添加剂对铝的缓蚀作用

在30℃至50℃范围内,在1mol·1^(-1)MgCl_2电解液体系中,用微分极化电阻测量技术和微分电容测量技术研究十二烷基三甲基碘化铵(DTMAI)添加剂对铝的阳极过程的缓蚀作用。结果表明:DTMAI是铝的有效缓蚀剂,缓蚀效率随着浓度和温度的增加而增加;DTMAI吸附在铝表面上,且吸附服从Langmuir等温式。这种吸附的特点是吸附过程的总熵增加,且总熵变随温度升高而增加。温度对缓蚀效率的影响是由于熵效应而不是焓效应。因此,DTMAI在铝表面上的这种吸附作用是其具有良好缓蚀作用的基本原因。

含过渡金属分子器件中的单自旋负微分热电阻效应

基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法,研究了由锯齿型石墨烯纳米带(ZGNR)与含过渡金属(Tm)(=Cr,Mn,Fe和Ru)分子构成的器件的自旋过滤输运性质.研究结果表明单自旋的波函数失配使其在费米能级附近具有完美的自旋过滤特性,并在温度梯度下,由于费米能级附近的单自旋透射峰的Fano不对称性,导致含Ru的分子器件中的单自旋电流表现出明显的负微分热电阻效应(NDTR).

锯齿形氮化铝纳米带负阻器件电子输运性质研究

低维纳米带材料因为其结构的特异性而呈现出新奇的物理性质.修饰纳米带的边缘能够调制其电子性质.本文运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,探究了锯齿形氮化铝纳米带(ZAlNNR)单边氟化、单边氯化以及单边氢化的电子结构和输运特性.研究表明:锯齿型氮化铝纳米带可以通过以上手段实现能带结构的半导体-金属转换.计算电子输运特性,我们发现三种边缘修饰的器件均呈现出负微分电阻效应,其中AlN-F器件有最大峰谷电流比(PVCR),达到了1.78×10^(7),是硅烯纳米器件以及黑磷纳米器件的10^(6)倍.值得一提的是,相比于H-AlN-Cove纳米器件,AlN-F器件能够在更小的偏压范围内实现高PVCR.该结果为锯齿形氮化铝纳米带在低功耗纳米器件中的应用提供了广泛的前景.