石墨烯纳米带场效应晶体管的模型建立与电学特性分析

简介：
本研究致力于构建石墨烯纳米带场效应晶体管的理论模型，并深入探讨其独特的电学性能，为新型电子器件的设计提供理论依据。 石墨烯纳米带场效应晶体管（GNR-FET）是一种利用石墨烯纳米带作为导电通道的新型晶体管。石墨烯是由单层碳原子以六边形蜂窝状排列构成的一种二维材料，具有出色的电子性质，如高载流子迁移率和快电子饱和速度，在微波射频应用、电磁信息领域展现出巨大潜力，并有可能成为CMOS技术之后新一代晶体管的候选材料。 然而，石墨烯单层的一个主要问题是其零带隙特性。这使得它不适合直接用于制造晶体管。为了克服这一问题，研究人员通过调整石墨烯纳米带横向边界来改变其带隙大小，具体方法包括蚀刻或光刻技术对狭窄区域进行修改。这样可以得到具有适当带隙的石墨烯纳米带，并利用它们构建场效应晶体管。 在建模和仿真方面，本段落采用非平衡格林函数形式（NEGF）结合紧束缚哈密顿量来模拟石墨烯纳米带场效应晶体管的行为。基于泊松方程与薛定谔方程自洽解的模型能够准确描述电子在外电场下的输运行为，并分析不同结构GNR-FET的电气特性。 研究中提到的关键技术包括NEGF方法、石墨烯材料及纳米带构造以及GNR-FET器件设计。其中，NEGF是一种重要的量子输运理论工具，适用于低维纳米电子产品中的电流传输现象的研究；而紧束缚哈密顿量则能有效地模拟电子在原子水平上的运动行为，在研究石墨烯的边缘效应时尤为有效。 论文还强调了近年来基于石墨烯器件受到广泛关注的原因在于其独特的电磁和物理性质。这些特性为一系列有趣的纳米电子应用提供了可能性，进而可能取代硅成为下一代晶体管材料的基础。 研究表明，以石墨烯为基础制造的设备在处理电磁信息方面具备可行性与有效性，在替代传统变容二极管或机械接触等方面具有明显优势，例如尺寸小、开关速度快以及可靠性高等特点。GNR-FET模型和仿真的结果有助于深入理解这类器件的工作原理，并为未来实际应用及进一步设计提供了重要的理论依据和技术指导。