微電子制造中石墨烯復(fù)合材料電學(xué)特性研究.pdf

1、自石墨烯問世以來，因其具有杰出的光、電、熱、機(jī)械、磁學(xué)特性以及獨(dú)特的量子霍爾效應(yīng)等而受到廣泛關(guān)注。石墨烯也因此在高速晶體管、觸摸屏、太陽能電池、超級電容等微電子領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，對于石墨烯的商業(yè)化應(yīng)用，目前仍存在許多未解決的技術(shù)問題，雖然石墨烯具備很多獨(dú)特的物理化學(xué)特性，但其還沒有廣泛的與常規(guī)材料相結(jié)合，很多優(yōu)良特性沒有得到充分的發(fā)揮;石墨烯載流子濃度高，電阻率低，而其半導(dǎo)體特性并不明顯，這也在一定程度上限制了石墨烯的應(yīng)用

2、和發(fā)展。因此，對石墨烯及石墨烯復(fù)合材料的研究也就成為一個(gè)十分必要的問題。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，對氮摻雜石墨烯納米帶、石墨烯-氧化鋅復(fù)合材料的半導(dǎo)體特性和對石墨烯-碳納米管復(fù)合材料的場發(fā)射特性進(jìn)行了研究。
　　 為了探索石墨烯的半導(dǎo)體改性，建立石墨烯納米帶、氮摻雜石墨烯納米帶以及氧化鋅-石墨烯復(fù)合材料模型，對其能帶特性進(jìn)行深入的研究。結(jié)果表明:石墨烯納米帶的帶隙主要來自碳原子2p電子態(tài)分化，電子態(tài)的分化程度由中

3、心區(qū)向邊緣區(qū)逐漸減弱;氮原子摻雜實(shí)現(xiàn)了石墨烯向N型半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也造成了石墨烯的晶格變形，禁帶寬度減小。氧化鋅與石墨烯的復(fù)合同樣造成復(fù)合材料的帶隙減小，然而氧化鋅的介入使復(fù)合材料的價(jià)帶構(gòu)成發(fā)生明顯變化，氧原子和鋅原子對價(jià)帶的影響顯著，說明氧化鋅在石墨烯復(fù)合材料中具備很大的潛力。所做工作對于以后研究石墨烯基復(fù)合材料特性以及石墨烯的半導(dǎo)體改性有一定的參考和借鑒意義。
　　 為了探索石墨烯-碳納米管復(fù)合材料的場發(fā)射特性，建立石墨烯

4、碳納米管復(fù)合材料模型，對復(fù)合材料的晶格常數(shù)、結(jié)合能、軌道能級、局域態(tài)電子密度分布、離化能等進(jìn)行計(jì)算和分析，結(jié)果表明:石墨烯-碳納米管的直接復(fù)合所形成的結(jié)構(gòu)具有更高的穩(wěn)定性和良好的半導(dǎo)體性;施加電場后，復(fù)合材料的高占據(jù)態(tài)和低未占據(jù)態(tài)軌道能量均有所增加，帶隙隨電場增加呈現(xiàn)減小趨勢，對場發(fā)射性能的改善和提高具有積極作用;隨著電場增加，材料的離化能下降以及Mulliken電荷的有效移動也進(jìn)一步說明了此種石墨烯-碳納米管復(fù)合材料在場發(fā)射特性中的巨