18035

18035

ترابرد الكتروني در ساختارهاي هيبريدي گرافين/بورون نيترايد

دكتري

حالت جامد

شهريور 1396

دكتر افشين نميرانيان

فيزيك

به منظور توسعه قطعات الكترونيكي با عملكردي بهتر و همچنين با هدف كوچك سازي اين قطعات براي بهره ­وري مناسب­تر به دنبال موادي با ويژگي­هاي خارق­ العاده هستيم. گرافين به دليل داشتن ويژگي­هاي برجسته الكتريكي، مكانيكي، گرمايي توجهات بسياري را به خود معطوف داشته است. اما ساختار نواري بدون گاف آن به كارگيري­ اش در نانوالكترونيك را با دشواري روبرو كرده است. از اين رو بررسي راه­كارهايي براي غلبه بر اين محدوديت اهميت دارد. بدين منظور در اين پايان نامه ترابرد الكتروني در ساختارهاي بر پايه گرافين را با روش­هاي مختلف دستكاري نموده ­ايم. در بخش نخست با به كارگيري روش تابع گرين بازگشتي ترابرد نانونوار گرافيني زيگزاگ را براي درصدهاي گوناگوني از تهي­ جاهايي كه به شكل تصادفي در لبه و يا داخل نانونوار توزيع شده ­اند، مورد بررسي قرار داديم. محاسبات نشان مي­دهند كه حضور هر دو نوع تهي ­جا رسانش را به شكل نمايي كاهش مي­دهد. همچنين ترابرد به ازاي درصد معيني از هر دو نوع تهي ­جا با افزايش عرض به شكل تواني افزايش و با افزايش طول به شكل نمايي كاهش مي ­يابد. سپس ترابرد الكترون را در گرافين دو لايه با تغيير فاصله دو لايه در دو راستاي درون صفحه­ اي و عمود بر صفحه با روش تابع گرين ناتعادلي بررسي نموديم. نتايج نشان مي­دهند كه با افزايش فاصله بين دو لايه در راستاي درون صفحه ­اي رفتار ترابرد از نوساني به ميرا تغيير مي­ كند. همچنين تغيير فاصله در راستاي عمود بر صفحه به تنهايي اثر زيادي بر رفتار ترابرد ندارد. در ادامه ترابرد در ساختارهاي هيبريدي گرافين/نيتريد بور لانه ­زنبوري را با به ­كارگيري روش گرين ناتعادلي بر اساس مدل بستگي قوي با تقريب نزديك­ترين همسايه مورد بررسي قرار داديم. قسمت­هاي آلاييده شامل حوزه­ هاي پاپيوني و لوزي­گون هستند. نتايج نشان دادند كه حضور حوزه ­هاي نيتريد بور مي­تواند بسته به شكل حوزه در ترابرد اثر تضعيف كننده يا تقويت كننده داشته باشد. همچنين افزايش درصد نيتريد بور به دليل ماهيت نيم­رسانايي آن منجر به كاهش رسانش مي­شود. در پايان ترابرد نانونوار گرافيني زيگزاگ را به ازاي جايگزيني اتم­هاي كربن با اتم­هاي بور و نيتروژن با چينش­هاي متفاوت بر اساس نظريه تابعي چگالي با كمك بسته نرم افزاري SIESTA بررسي نموديم. محاسبات نشان مي­دهند كه نحوه چينش اتم­هاي بور و نيتروژن مي­تواند بر رفتار ترابردي ساختار اثرگذار باشد.

1396/08/19

11/10/2017 12:00:00 AM

In order to develop electronic devices with a better performance, and with the aim of minimizing these components, we are looking for materials with extraordinary features with better efficiency. Since its discovery, graphene as a two dimensional form of carbon has attracted a lot of attention due to its outstanding electrical, mechanical, thermal characteristics. But its gapless nature limits its potential applications in nanoelectronics. Hence, considering ways to overcome this limitation is important. For this purpose, we have manipulated electron transport in graphene-based structures in various methods. The electrical conductance of zigzag graphene nanoribbons (ZGNRs) in the presence of different percentages of edge and middle vacancies is numerically investigated by using the recursive Green's function method. The calculations show that increasing the both vacancy types in the system exponentially reduces the conductance. At fixed defect concentration, the length growth leads to exponential decrease, and the width growth leads to power law increase in the conductance of ZGNRs, respectively. Then we have investigated the electron transport in bilayer ZGNR by changing interlayer spacing in two inline and perpendicular directions taking advantage of non-equilibrium Green's function method. The results show that by growing the inline gap between two layers the conductance behavior changes from oscillatory to dipping. Also, changing the distance in a vertical direction alone does not have much effect on the bilayer conductance. We have also checked the transport in graphene/hexagonal boron-nitride (hBN) lateral hybrid structures with doped rhombus and bowtie domains, by using non-equilibrium Green's function method based on tight binding model under nearest neighbor approximation. Our findings confirmed that the presence of hBN domains could have a positive effect on the transport depending on the doped regions shape. Increasing the percentage of hBN, due to its semiconducting nature, leads to a reduction in conduction. Furthermore, dopping h-BN with carbon atoms can improve the electronic transport of this semiconducting structure. At the end, we dope boron and nitrogen in ZGNR, with different arrangements and calculate the conductance based on the density functional theory with the help of the SIESTA package. The calculations show that the arrangement of boron and nitrogen atoms can affect the electronic behavior of the mentioned hybrid structure.