氧吸附和拓扑缺陷对碳纳米管电子输运性能的影响
由于传统微电子技术接近其物理极限以及微加工技术的发展，纳电子学的研究日益得到重视。其中单壁碳纳米管(SWCNTs)以其准一维的分子结构和奇特的电学性能备受瞩目。实验和理论研究表明，表面吸附效应和拓扑缺陷效应对SWCNTs的电学性能有着重要的影响。本文以此为切入点，详细地研究了氧吸附和拓扑缺陷对SWCNTs的电子输运性能的影响。
运用密度泛函理论，对氧吸附在半导体型SWCNTs的束缚能、吸收光谱以及能带结构进行了详细研究。经过对不同的物理吸附模型进行结构驰豫后，发现氧分子将优先吸附在六元碳环的内侧，其束缚能、本征光吸收峰以及杂质吸收峰的位置与实验结果一致。能带结构表明，氧的掺杂子能带出现在费米能级处，将可能使SWCNTs出现p型导电行为。吸收光谱解释了光致电导率下降效应依赖于入射光频率的现象。而发生稳定的化学吸附时，半导体型SWCNTs的带隙变窄，能带明显分裂，并且在红外和可见光范围没有光吸收。
运用密度泛函结合非平衡格林函数方法，对含有Stone-Wales缺陷的(5，5)金属型SWCNTs的电子态密度和输运性能进行了研究。结果表明，由两个五元环—七元环(5-7)拓扑缺陷对构成的Stone-Wales形变使价带和导带中出现缺陷态，导致相应能级的电子散射。由于管束效应，在费米能级处出现了赝隙，并在透射概率曲线中造成陡峭的透射凹谷。
对含一个5-7拓扑缺陷对的(7，0)-(6,0)SWCNT异质结的电子结构和输运性能进行了研究。从局域态密度(LDOS)研究发现，在界面附近存在指数衰减的金属诱生能隙态，在价带顶和导带底附近出现定域的缺陷态。在低温区域，定域态的相位相干效应造成态密度有规律地振荡，极大地影响了相应能态的透射概率，解释了SWCNTs管束出现反常的电阻温度系数的实验现象。外加偏压时，由于两个缺陷峰的散射作用不同而使I-V曲线呈现非线性不对称的特征。
单壁碳纳米管;电子结构;电子输运性能;密度泛函理论;纳电子学;氧吸附;拓扑缺陷
湖南大学
硕士
理论物理
胡慧芳
2005
中文
TB383;O613.71;O493.5
75
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）