石墨烯带隙研究

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1、文献综述摘要:石墨烯的带隙调控与应用白2010年，做为人类重点研究的未来材料之一，石墨烯以其特殊的结构，优良的性能在高性能纳电了器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应川。电子在石墨烯平面上迁移速率可以达到半导体硅材料的数十数百倍，但因为单层石舉烯的带隙为0,不能直接作为高效的晶体管，限制了石舉烯在电子方面的应用。本文主要研究如何打开石墨烯带隙及这种未来材料的一些应用。Abstract：关键词：石墨烯带隙调控应川前景Since2010,asoneofthekeyresearchforthefutcrcmaterialsgr

2、aphenehasKeywords:beenwildlyappliedinhighperformancenanoelectronicdevices,compositematerials,fieldemissionmaterials,gassensor,energystorageandsoon.theelectrontransportrateingraphenecanreachdozensoftimesorevenhundredsoftimesofthatinsemiconductoesiliconmaterial.Howeversingle-la

3、yergraphenecan9tbeusedasefficienttransistorasit'sbandgapiszero,thatlimitestheapplicationofgrapheneinelectronicaspects.Thispapermainlystudieshowtoopenthegraphenebandgapandthefutureapplicationsofmaterials.graphenebandgapadjustmentapplicationprospect前旨石墨烯是碳原子以sp2方式朵化形成的厚度仅为单原了的排

4、列成窝蜂状的六和平面晶体。因此，石墨烯是所有已知材料中最薄的一种。在单层石墨烯中，碳碳键长为0.142nm,厚度只有0.334nm[,1o石墨烯是构成下列碳同素异型体的基本单元：例如：石墨，碳纳米管等。石墨烯具有超高强度，良好的导热性，超大的比表面积。同时，石墨烯结构非常稳定，石墨烯中的碳原子一般不会缺失，各碳原子Z间的连接稳定，当遇到外部机械力时，碳原子ifii就弯曲变形保持幣个分子结构的稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性，同时原子间作用力十分强，电子受到的干扰非常小具有超强导电性。同时，石墨烯分子中分子运动的速度达到了107m/

5、s远远超过了电子在一般导体中的运行速度，遇到能垒时也具有燧穿效应，更验证了右墨烯的超强导电性。由于这种超强的导电性受温度的影响也很低，因此未来的半导体材料会是石墨烯而不是硅，也使开发更高速的计算机芯片和生化传感器成为可能。但石墨烯在广泛生产应用方而仍旧存在一些不能忽视的问题有待解决：1,石墨烯中，电子的迁移率与石墨烯的完整性有关，可通过提髙石墨烯的完幣性增加其迁移率，人规模地生产就容易使石墨烯产生碳原子缺失的形成有缺陷的石墨烯。2,单层石墨烯分子是带隙为()的非金属半导体材料，虽然具有超强导电性但不适宜作为开/关流动比率的室温晶体管材料，同时因为

6、其金属性，无法应用于电子设备⑵。这些缺陷都限制了石墨烯在取代硅作为新i代半导体材料的应用。迄今为止，关于如何打开石墨烯分子的帯隙有人量的方法和实验，例如，刻蚀法，外加电场调节法，边缘修饰法，化学掺杂法，外延牛长法，拉伸调控，人工动态带隙法，复合调节法…带隙调控方法刻蚀法丿京理：刻蚀法利川石墨烯纳米带的量子限域效应作川增大其带隙。石墨烯纳米带的宽度与样品宽度有关，当带隙为6时，可获得最大带隙0.6evo刻蚀法一般有光刻蚀，电子束刻蚀，聚焦离子束光刻，原子力昭微光刻（AFM）,氢等离子体刻蚀等。利用拉曼光谱学的手段，可以系统地研究外延石機烯与硕化硅基

7、底Z间的电荷转移机制，基于石墨烯的各向异性，制备具有特定取向的sub-20nm墨烯纳米带的流程图（a）。此方法,受离子强度和温度的控制，刻蚀精度高⑶。外加电场调节法原理：双层石墨烯在外加栅压卜S费米能级Ef发生移动，产生了一定的带隙。但若带隙较小，不足以达到半导体的开关比。可利用外加电场或基底物质不用的诱导，进一步破坏石墨烯的反转对称性，打开更大的能隙。如今在六角BN片/石墨烯/BN片复合结构加上垂直电场，（如图为BN片与石墨烯以不同方式叠加的示意图）石墨烯能隙可以进一步提高到0.34eVo考虑多体效应作GW修正后，能隙可增加50%以上，可以满足

8、实际逻辑器件的需要。石墨烯的髙迁移率在能隙打开后仍然可以维持，此三明治结构的双门场效应管具有电场增强的输运能隙，H电流开关比相比纯单层石