Кинетические явления в структурах на основе графена и его модификаций

• Автор: Свинцов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 98 с. : ил.

Содержание
Введение

Актуальность работы

Цель диссертационной работы

Научная новизна и достоверность работы.

Положения, выносимые на защиту.

Практическая значимость работы.

Апробация работы.

Публикации.

Личный вклад автора

Структура работы.

1 Обзор существующих методов описания транспорта в графене
1.1 Зонная структура графена
1.2 Электронные свойства двухслойного графена.
1.3 Электропроводность графена
2 Гидродинамическое описание электрон дырочной плазмы
в графене
2.1 Обоснование гидродинамического приближения
2.2 Вывод гидродинамических уравнений.
2.3 Вычисление диссипативных коэффициентов в уравнении Эйлера
2.4 Проводимость графена и эффект увлечения неосновных носителей
2.5 Моделирование полевого транзистора на основе графена . .
Случай сильной рекомбинации.
Случай слабой рекомбинации
2.6 Нелинейная гидродинамика
2.7 Выводы к разделу
3 Баллистическая модель транзистора на двухслойном графене
3.1 Определение потенциала в канале решение электростатической задачи.
3.2 Расчет проводимости и плотности тока
3.3 Оценка крутизны характеристики
3.4 Выводы к разделу
4 Коллективные возбуждения в биполярной плазме графена
4.1 Закон дисперсии плазменных колебаний в графене с затвором
4.2 Аналитическое решение для симметричной биполярной и монополярной системы.
4.3 Скорость и затухание коллективных возбуждений.
4.4 Плазмоны в структурах с различной толщиной подзатворно
го диэлектрика.
4.5 Спектр плазмонполяритонов
4.6 Выводы к разделу
5 Заключение
А Приложение
Моделирование транзистора на графене случай слабой рекомбинации .
Моделирование полевого транзистора на графене случай сильной рекомбинации
Моделирование транзистора на основе двухслойного графена . .
Список литературы


Известно множество публикаций, посвященных теоретическому описанию кинетических явлений в графене, причем язык описания варьируется от элементарного (например, описание транзисторов на основе графена по полной аналогии с кремниевыми |б|) до чрезвычайно сложного (вычисление минимальной проводимости с привлечением понятия ^дрожащего движения” (zitterbewegung)|7]). Замечено, что в работах, посвященных моделированию транзисторов на графене, зачастую игнорируются важные результаты, полученные в работах по вычислению проводимости. Важно, что в большинстве работ, описывающих кинетические явления в графене, игнорируется факт сильного кулоновского взаимодействия между носителями заряда. Данный факт значительно сказывается на транспортных явлениях, для описания которых становится применимой гидродинамическая модель, разработанная в данной работе. Гидродинамика электрон дырочной плазмы в графене имеет значительные отличия от таковой для классических жидкостей в силу ее двухкомпонентности и линейности энергетического спектра частиц. Гидродинамическая модель успешно описывает наблюдаемые вольтам-перные характеристики полевых транзисторов на основе графена без привлечения нефизических параметров и может быть использована для дальнейшей оптимизации конструкций приборов. Особый интерес представляет вопрос о возможности получения высокой надпороговой крутизны характеристики транзистора, важной для применений в аналоговых схемах. Также в рамках модели может быть исследована проблема создания инверсной заселенности в транзисторах на графене, которая имеет первостепенное значение для создания инжекционных лазеров. В рамках гидродинамической модели возможно описание плазменных колебаний в двумерном электронном газе графена. Данные колебания могут найти применение в приборах для детектирования и генерации электромагнитного излучения различных диапазонов, в том числе терагерцового и инфракрасного [8]. В отличие от предыдущих теорий распространения плазмонов [9], [], [], гидродинамическая модель позволяет строго рассмотреть вопрос о затухании воли и выявить условия, при которых данное затухание минимально. В работе показано, что плазменные волны в нейтральном графене сильно подавлены электрон - дырочными столкновениями, вместо них основным типом колебаний является электрон - дырочный звук. Подавление плазменных волн может существенно снизить темп рекомбинации фото возбужден пых носителей 2]. Модификации графена, обладающие запрещенной зоной, могут рассматриваться как перспективные материалы и для цифровой, и для аналоговой электроники. При этом межэлектронное рассеяние в них не так сильно, как в однослойном графене. Эти особенности находят отражение в характеристиках баллистических полевых транзисторов, исследованию которых посвящена отдельная глава работы. Целью данной работы является построение теорий электронного транспорта в однослойном и двухслойном графеме, моделирование и анализ характеристик наноэлектронных приборов на основе данных материалов. Выявить влияние особенностей электронного спектра двухслойного графена на характеристики транзисторов на его основе. Разработана гидродинамическая модель проводимости графена, учитывающая сильное межчастичнос взаимодействие, характерное для данного материала. Экспериментальная зависимость сопротивления графена от напряжения на управляющем электроде объяснена в рамках предложенной модели. Показано, что максимальное сопротивление графена обусловлено сильным электрон - дырочным рассеянием и слабо зависит от температуры. В рамках гидродинамической модели получены характеристики полевых транзисторов на основе графена. Рассчитаны спектры и затухание коллективных возбуждений в электрон - дырочной плазме графена. Показано, что в нейтральной биполярной плазме распространение заряженных плазменных волн сильно подавлено электрон - дырочным рассеянием. Построена баллистическая модель полевого транзистора на основе двухслойного графена, учитывающая особенности электронного спектра. Показано, что проводимость канала как функция напряжения на затворе при нулевой температуре испытывает скачок, что ранее наблюдалось только для одномерных систем. Достоверность результатов обеспечивается применением фундаментальных физических теорий и сравнением результатов моделирования с эксие-ри мен гал ьн ы м и дан и ы м и.