【摘 要】
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随着半导体芯片技术的不断发展,硅基材料已经在器件工艺方面逼近了这一材料的极限。因此,如何利用新颖的低维纳米材料实现高性能器件设计,是未来科研人员的主要研究方向之一。本文主要基于准一维锯齿边缘型碳化硅纳米带,提出了“T”型器件模型和“品”型器件模型,并对两种器件模型所具有的电学输运特性进行了理论计算,讨论了这两种器件模型背后所具有的物理机制。本文的主要工作如下:（1）利用密度泛函理论（DFT）结合非
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随着半导体芯片技术的不断发展,硅基材料已经在器件工艺方面逼近了这一材料的极限。因此,如何利用新颖的低维纳米材料实现高性能器件设计,是未来科研人员的主要研究方向之一。本文主要基于准一维锯齿边缘型碳化硅纳米带,提出了“T”型器件模型和“品”型器件模型,并对两种器件模型所具有的电学输运特性进行了理论计算,讨论了这两种器件模型背后所具有的物理机制。本文的主要工作如下:（1）利用密度泛函理论（DFT）结合非平衡格林函数（NEGF）方法,预测了碳化硅“T”型器件具有几乎完美的自旋过滤电子输运特性。将有限长的扶手椅型碳化硅纳米带（ASi CNR）外延至无限长的锯齿型碳化硅纳米带（ZSi CNR）的碳边缘上,构成了双端器件。计算结果表明,无论ZSi CNR处于铁磁或反铁磁状态,“T”型器件都将产生100%的自旋极化电流,且这一结果不随外延部分ASi CNR的形状与尺寸的改变而改变。理论分析表明,器件中源于ZSi CNR边缘结构的电子自旋局域态为器件的电子渡越提供了空间通道,一旦单边外延ASi CNR,破坏了该通道的微观结构,相应的自旋电子无法渡越,从而实现了自旋极化输运。（2）碳化硅“品”型三端异质结器件,是将锯齿型碳化硅纳米带部分结构整体在空间上进行平移,再翻转180°,使翻转部分纳米带的碳边缘在空间借助于“碳-硅-碳-硅”四聚体与相邻未翻转的纳米带碳边缘链接,从而形成三端异质结,该异质结在结构上保留了碳单边缘通道。并利用密度泛函理论和非平衡格林函数的计算方法,研究了该器件的电子输运特性。计算结果表明,无论是在铁磁态还是反铁磁态下,器件中一种自旋电子都能从一端电极经由异质结单边通道渡越到另一端电极,实现了100%的自旋极化电子输运。但对中心区外加栅压时,电流随着栅压增加减小,当栅压大于0.4 V时,器件内部电子输运通道关闭,两种自旋电子均不能通过三端器件,表明通过栅极电压可以实现对器件内部电子输运能力的调控。此外,还研究了器件微观结构的形变对其电子输运能力的调控,只要微观结构的形变量小于6.7%,电子输运能力几乎不改变。
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