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碳纳米管场效应管电子输运特性的研究

作　者: 夏春萍
导　师: 王伟
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 碳纳米管场效应管电子输运非平衡格林函数欠叠栅异质栅
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文在全量子力学模型框架下，采用非平衡格林函数方法研究了碳纳米管场效应管的电子输运特性，其目的在于为基于碳纳米管场效应管的纳米电子器件的设计和优化提供理论依据。首先，基于非平衡格林函数的理论，通过量子建模，推导出碳纳米管场效应管相应物理量在实空间和模空间中的格林函数表达式。利用模空间方法计算了碳纳米管场效应管的电学特性，发现碳纳米管场效应管的电学特性与硅基MOSFETs类似，如线性，饱和以及截止特性；局域态密度谱和电子密度谱中均能清楚的看到带隙、量子干涉，和量子限制现象。其次，首次提出了两种新型结构的碳纳米管场效应管，即双材料欠叠异质栅碳纳米管场效应管和三材料欠叠异质栅碳纳米管场效应管，并与单质栅碳纳米管场效应管电学特性进行比较，发现欠叠异质栅结构能较好的抑制短沟道效应，具有更好的栅控能力，在开关电流比的表现上也很突出，且其截止频率能较好的保持在THz级别，随欠栅长度的增加，截止频率会有明显的增加。最后，采用时域和时空间域相结合，迭代求解非平衡格林函数的方法，对准一维碳纳米管系统的电学性质进行数值计算，计算结果显示：当同一连续方波作用于左电极时，电极与碳纳米管之间的耦合能越大，电流的最初上升值越大。当输入电压为低频正弦信号，响应电流曲线变得不规则。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
专用术语注释表  7-8
第一章绪论  8-19
  1.1 碳纳米管——纳米器件的新型材料  8-14
    1.1.1 碳纳米管的结构  8-13
    1.1.2 碳纳米管的性质与应用  13-14
  1.2 碳纳米管场效应晶体管的研究进展  14-18
  1.3 本文的主要内容  18-19
第二章纳米器件的量子输运理论  19-32
  2.1 半经典电子输运理论  19-20
  2.2 相位相干的量子输运：Landauer-Büttiker 输运理论  20-21
  2.3 量子输运中的非平衡格林函数方法  21-31
    2.3.1 一维器件的紧束缚哈密顿量  22-23
    2.3.2 无限电极的截断  23-25
    2.3.3 一维纳米器件的电子密度和电流的格林函数表示  25-27
    2.3.4 分层结构的非平衡格林函数方程  27-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章碳纳米管场效应管电子输运特性的研究  32-43
  3.1 碳纳米管场效应管的非平衡格林函数模型  32-34
  3.2 碳纳米管场效应管的量子建模  34-37
    3.2.1 实空间方法  34-36
    3.2.2 模空间方法  36-37
  3.3 计算结果与讨论  37-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章新型结构的碳纳米管场效应管电子输运特性的研究  43-58
  4.1 理论模型与计算方法  43-46
  4.2 计算结果与讨论  46-56
    4.2.1 单质栅 CNTFETs 的电子输运特性  47-50
    4.2.2 双材料异质栅 CNTFETs 的电子输运特性  50-54
    4.2.3 三材料异质栅 CNTFETs 的电子输运特性  54-56
  4.3 本章小结  56-58
第五章准一维碳纳米管系统含时输运特性的研究  58-64
  5.1 理论模型与计算方法  58-60
  5.2 计算结果与讨论  60-63
  5.3 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-65
参考文献  65-69
附录 1 攻读硕士学位期间撰写的论文  69-70
附录 2 攻读硕士学位期间申请的专利  70-71
附录 3 攻读硕士学位期间参加的科研项目  71-72
致谢  72

碳纳米管场效应管电子输运特性的研究

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