石墨烯分子器件的设计及性能研究_李杰.docx

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1、 学校代号： 10536 学号 :11111010970 密 级 ： 公 开 长沙理工大学硕士学位论文 石墨烯分子器件的设计及性能研究 学位申请人姓名 _ 李杰 导 师 姓 名 及 职 称 张 振 华 教授 培 养 单 位 长沙理工大学 专 业 名 称 凝 聚 态 物理 论 立 提 交 日 期 2014年 4月 论 文 答 辩 日 期 2014年 5月 答辩委员会主席 陈克求教授 The Design and Analysis on Graphene-Based Molecular Device by Li Jie B.S. (Shihezi University) 2011 A thesis

2、 submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Science in Condensed Matter Physics m Changsha University of Science & Technology Supervisor Professor Zhang Zhenhua April, 2014 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集

3、体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时 授权中国科学技术信 息研究所将本论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 作者签名： 曰期中月曰 学位论文版权使用授权书 1、保密 ,

4、 在 _ 年解密后适用本授权书。 2、不保密 0。 (请在以上相应方框内打 V) 作者签名 曰 期 ： 冲 年 月 迖 曰 分子器件作为下一代的电子器件吸引了众多研究人员的强烈关注，无论是理论还是 实验上，都取得了许多重大的进展，但是它们还普遍存在着属性不够稳定、性能达不到 实用要求以及很难在实验上精准地实现等问题。为了解决这些问题，研究人员不断的尝 试着设计新的结构模型、探索新的理论机制以及采用新的构建材料等方法，进而也大大 地促进了分子器件的发展。而石墨稀因其独特的物理属性和稳定的化学特性，被认为是 构建分子器件的理想材料。所以，在本文的研究中，我们设计了几种基于石墨烯的分子 器件，然后采

5、用基于密度泛函理论和非平衡态格林函数方法的第一性原理计算对其进行 理论模拟分析，进而发现优化其性能的方法。 首先，我们简要介绍了分子器件和石墨烯的研究背景以及我们所使用的第一性原理 计算方 法。然后，在此基础之上我们设计了由不同边缘修饰的对顶三角形石墨烯纳米片 构成的分子整流器，计算分析表明当左边三角形石墨烯用非金属（金属 ） 原子进行修饰、 右边的三角形石墨烯用氢修饰时，该器件具有正向（反向 ） 整流效应，且边缘修饰原子 的非金属性或金属性越强，其整流效果越好。紧接着，我们研究石墨烯电极的带隙对给 体 -受体分子整流效果的影响，发现当电极为金属性时，其具有正向整流效应，而当电 极是半导体性时

6、，其整流效果会发生反转（具有反向整流特性 ）， 并且电极的带隙越大 其整流效果越好，其中发现的最大整流比达到 4000以上，这是目前给体 -受体分子所具 有的最高整流水平。另外，我们还研究了外加磁场对 D-o-A型分子整流效果的影响，发 现它所处的磁场状态对其整流效果的影响很大，其中处于反铁磁状态下的最大整流比是 处于铁磁状态下的 4倍多。接下来，我们还设计了一种新型的掺杂碳基分子整流器，发 现其具有宏观 PN结所具有的应用属性，如较大的整流比、较小的阈值电压以及较宽的 应用偏压范围等，且其整流比达到 109 10u， 这远好于 PN结的 105 107,即我们所设计 的该分子整流器具有实用的

7、可能性。最后，我们还探究了内部缺陷和边缘修饰对扶手型 六边石墨烯纳米片的电磁特性影响，结果发现其能隙随着缺陷的不断增大而表现奇偶震 荡性减小，且不同的边缘修饰也可以使其从半导体性转化为金属性，然后我们基于这些 特性设计了一个场效应管和一个场控的双自旋过滤器。其中场效应管的开关比可达到 105,这相对于以前的场效应管（开关比低于 103)是一个很大的提升。而关于场控的双 自旋过滤器，我们可以通过对门电压极性的选择来调控通过其电子的自旋方向，并可以 实现 几乎 100%的自旋过滤。因此，我们也期待我们的理论模拟研究可以为实验上的尝 试提供新的思路和一定的帮助。 关键词：石墨烯，分子器件，第一性原理

8、，电子输运 ABSTRACT Molecule-based devices, as the next generation of electronic devices, have draw lots of attentions, and many works have been made both experimentally and theoretically. But its realistic applications are still restricted by its instability in transport and low-performance. So, many re

9、searchers are trying to find some new theoretical mechanism and use new building materials. Graphene is recognized as a novel and very prospective material for future generations of nanoelectronic and nanospintronic devices due to its unique physical properties and chemical stability. Thus, in this

10、paper, we have designed several graphene-based molecule devices and applied the first-principle method based on the DFT and the NEGF technique to perform studies on their transport characteristic. Firstly, we introduced the research background of graphene, molecular electronics and the first-princip

11、le method. Secondly, we designed a molecule rectifier built by sandwiching a combined nanostructure of two trigonal graphenes with different edge modifications between two Au electrodes. Calculated results show that the molecule rectifier, the left zigzag-edge trigonal graphene is terminated by nonm

12、etal (metal) atoms and the right zigzag-edge trigonal graphene is terminated by H atoms, has a forward (reverse) rectification, and the stronger the nonmetallic (metallic) behaviors for atom terminated at edge of the left zigzag-edge trigonal graphene, the larger its rectification ratio. Thirdly, we

13、 investigated the effect of the electrodes band gap on the rectifying behaviors for a donor-acceptor molecular diode. This study implies that using graphene with a large bandgap as electrodes might be a novel effective pathway to greatly raise rectifying behaviors of a donor-acceptor molecule and th

14、e maximum rectification ratio can reach a value more than 4000. Fourthly, we explored the spin polarization effects of zigzag-edge graphene electrodes on the rectifying performance of the D-a-A molecular diode. It has been found that its rectifying behaviors strongly depends on the spin-polarized st

15、ates of ZGNRs electrodes, when electrodes take the AFM state (anti-ferromagnetic state)， it has a best rectifying behavior. Next, we designed a new type of doped carbon-based molecule rectifier with unexpectedly high rectification ratios, 109-10n, in a larger bias region. They are much higher values

16、 than 105-107 for macroscopic p-n junction diodes, and the typical in behaviors for conventional diodes are clearly observed as well, such as a nearly linear positive-bias 1-V characteristic, a negligible small negative-bias leakage current, and a low threshold voltage. In the end, vve report first-

17、principles calculations on the electronic properties, spin magnetism, and potential applications of the functionalized hexagonal aiTnchair graphene nanoflakes (GNFs). Based on the suitable hexagonal defective GNFs, we design a field effect transistor (FET) and a bipolar field-effect spin-filtering (

18、BFESF) device, and find that they both exhibit extremely high performances. For this FET, its ON/OFF ratio reaches 105, and for this BFESF device, the spin polarization nearly reaches 100% with different spin directions only by altering signs of gate voltages. All in all, we are look forward that ou

19、r theoretical explorations can be helpful to the realistic applications of molecule devices. Key Words ： Graphene, Molecule devices, First-principles methods, Electronic transportation. IV 目录 齡 . I ABSTRACT . HI 第一章绪论 1.1分子器件的研究背景 . 1 1.2石墨烯的研究背景 . 3 1.3本文的理论研究方法及内容 . 5 第二章不同边缘修饰的对顶连接的三角形石墨烯纳米片的整流特性

20、 2.1 1 g . 11 2.2模型与方法 . 12 2.3计算结果与分析 . 13 2.4 描 . 19 第三章石墨烯电极的带隙对 D- n -A分子整流效果的影响研究 3.1弓唁 . 21 3.2模型与方法 . 22 3.3计算结果与分析 . 24 3.4/J、 . 31 第四章锯齿型石墨烯电极的极化对 D- -A分子整流效果的影响研究 4.1弓唁 . 33 4.2模型与方法 . 34 4.3计算结果与分析 . 35 4.4 41 第五章杂质诱导的碳基分子器件的整流效应 5.1 弓 |胃 . 42 5.2模型与方法 . 43 5.3计算结果与分析 . 44 5.4 . 51 第六章六边形

21、石墨烯纳米片的电磁特性研究 6.1弓唁 . 53 6.2模型与方法 . 54 6.3计算结果与分析 . 54 6.4/J、 g . 63 . 64 . 65 致谢 . 75 附录 A (攻读学位期间发表的论文 ） . 76 附录 B (攻读学位期间参与的科研项目及获得的荣誉） . 77 第一章绪论 第一章绪论 随着电子科技的不断发展，电子器件已先后经历了真空电子管、晶体管以及集成电 路三个阶段，而目前的发展趋势，是不断的微型化、高效率化。虽然当前不断发展的科 学技术，比如光刻技术等，还可以在一定程度上满足电子器件的发展需求，但是在不久 的将来，电子器件将发展到纳米量级甚至分子量级，那时的电子器

22、件将涉及到如量子效 应等无法忽略的影响因素，这为我们理解和设计电子器件提出了一个很大的挑战，因此 对下一代电子器件即分子器件的探索是非常有必要和研究价值的。 1.1分子器件的研究背景 分子电子学的概念首先是由 1964年的诺贝尔物理奖获得者理查德 “ 费曼于 1959 年在美国加州理工学院举办的物理年会上提出的，他设想可以在微小尺度上对物体进行 操纵和控制，即采用 自下而上 技术，从单个分子或者原子开始进行组装，进而在分 子尺度内进行材料加工、电子器件设计。 在该设想的启发下， Aviram和 Ratner二人于 1974年首次从理论上验证了一种可实现的分子整流器，并发表在化学物理快报 （ C

23、/7em. 尸如 .y.Ze.)上。它主要包括一个给体分子 （ D)、 一个受体分子 （ A)以及连接二者的绝 缘桥 （ cl),被称为 D-oA型分子整流器或者 A-R型分子整流器 1，如图 1.1所示。它的 整流原理是：其给体和受体的前沿轨道，即最高占据轨道 （ HOMO)和最低未占据轨道 (LUMO)具有不对称性，给体的能级要比受体的同类能级高，这导致给体的 HOMO 能级 （ 受体的 LUMO)能级相对于受体的 HOMO能级 （ 给体的 LUMO能级）更靠近电 极的费米能级，所以当给体接阳极受体接阴极时电子就很容易导通，反之当给体接阴极 受体接阳极时，电子相对较难通过，因而 D-ci-

24、A型分子就具备整流特性。这是人类历史 上首次真正意义的研究分子器件，后来随着新分子合成方法的提出以及扫描隧道显微镜 (STM)等实验设备的使用，研究人员在此基础上进行了大量的研究，也取得了较大的 进展。比如 Kuhn等人证实 C16H33Q-3CNQ分子具有整流效果 2、 Sugi等人采用 CAsPQ 和 CAsMSe分子构建多层 LB膜，并在此基础上构建具有 A1或 Ag电极的分子器件等 等 3。但是这些分子整流器的整流效果都很弱，整流比只达到10的数量级 ， Armstrong 等人就曾在理论上预言单分子的整流极限是 1 4。当然，在后来经过众多研究人员的 努 力 ， 也 发 现 一 些

25、提 高 其 整 流 效 果 的 方 法 ， 比 如 Komilovitch等 人 设 计 的 硕士学位论文 HS-(CH2)m-C6H4-(CH2i-SH新型整流分子 5、 Ashwell等人在 Au电极衬底上用含有十 八烷基链的有机分子构建的 LB膜 6、 Guo等人 7加长端基长度以及 Liu等人 8通过串联 给体 -受体分子等方法。这些工作虽然在一定程度上提高了分子整流器的整流效果，可 这相对于宏观的经典二极管 p-n结（ 105107)仍相差很远，也就是说它们远达不到实用 要求，因此，分子整流器还需要进一步的探索和研究。当然在其它类型的分子器件方面 , 研究人员也取得了很大的进展，比如

26、 Reed等人于 1997年首创性地采用可控机械劈裂方 法测量了一个把苯分子通过硫原子吸附到金电极后的电子输运特性，这是首次在实验上 完成对单个分子进行输运特性测量 M， 这也是分子电子学进 入实验阶段的一个重要标志， _相关工作发表在 Science上，还有 Joachim等人采用挤压 C6Q分子的方法实现电流放大 效应 _、 Brnnm等人成功测量有机分子的电导特性 Dekker等人设计出基于碳纳米 管的场效应管 12并随后设计出相关的逻辑电路以及存储器原件 131等等。目前分子器件的 研究主要集中在分子整流器、分子开关、场效应管以及自旋过滤器等方面，而实验制备 方面所采用的方法主要有可控

27、机械劈裂、纳米孔和纳米光刻、分子的单层自我组装、原 子力显微镜以及隧道扫描显微镜等。因此，我们相信随着实验水平的不 断提高、设备的 不断发展以及研究人员的不断探索，分子器件将会有一个很广泛的应用前景。 1.2石墨烯的研究背景 第一章绪论 石墨稀作为一个单层的 2维碳基材料，由 Geim和 Novoselov于 2004年首次从实 验上制备 14，它的构成元素只有碳元素。我们知道每个 C原子最外层都有 4个电子，在 石墨烯中，每个碳原子会贡献 3个最外层核外电子来与它相邻的 3个碳原子通过 sp2杂 化构建 3个键，进而支撑石墨烯的 2维结构，如图 1.2所示，所以石墨烯具有很强的 几何结构稳定

28、性。而剩余的另一个核外电子就会形成近自由态的 7C键，因此石墨稀具有 很好的导电性。当然，石墨烯还具有其它优异的特性，如载流子的高迁移率、较长的电 子自旋驰移时间以及室温下的量子霍尔效应等，因此石墨烯也被誉为下一代纳米 器件的 最具有可能的构建材料 115。后来随着实验水平的发展以及研究人员的不断努力，石墨稀 也发展了其它种类的制备方法，比如外延生长法、氧化还原法、超声分散法、有机合成 法等等 16。 2维的石墨烯是具有半金属性 （ semimetal)， 但其电子特性可以通过很多方 法进行调控，比如几何剪裁。我们可以通过这种方式把二维的石墨烯剪成一维的纳米带 结构，然后用氢 （ H)对其边缘

29、进行钝化，以保留它的 sp2杂化结构。如果石墨烯纳米 带的边缘是锯齿形的，则当不考虑自旋时它是金属性的，如果考虑自旋，在铁磁状态下 它仍是金属性 的，但其能带会发生分裂，而在反铁磁态下却是半导体性的。当边缘是扶 手型时，它是半导体，且能带带隙 （ A) 满足 3 n定则，即 A(3n-l) 丨，即模型在等值的正偏压和负偏压下电流比值的绝对值。所以当 R(V) 大于 1 时 ， 该 体系即具有正向整流效应，反之， R(V)小于 1就表示反向整流效应，我们在 2.3图中展 示了上述四种模型的整流情况。通过这个图我们可以观察到模型的整流方向和其左边二 角形石墨烯的边缘饱和原子密切相关，即饱和原子是非

30、金属性的（模型 A和 B)体系 NM-LTGN/H-RTGN具有正向整流，反之，饱和原子是金属性的（模型 C和 D)体系 M-LTGN/H-RTGN具有反向整流。另外，模型的整流强弱和这些饱和原子的化学性质强 弱也息息相关，比如模型 A的正向整流效果明显强于模型 B的，同样，模型 D的反向 整流效果也强于模型 C的。我们知道原子 O的非金属性强于 N， 而原子 K的金属性也 硕士学位论文 图 2.2:模型 A-D在 -1.2V 1.2V区间的伏安曲线，其中黑色、红色、紫色以 及蓝色分别表示模型模型 A、 B、 C和 D。 为理解上述的整流特性，我们在表 2.1中呈现了中间分子的最高占据轨道 （

31、 HOMO) 和最低未占据轨道 （ LUMO)在零偏压下的自洽投影本征态 （ MPSH)。 MPSH是指中间 分子在双探针体系下自洽本征态的空间分布，因此， MPSH应可以反映分子和电极在自 洽计算过程中耦合作用的强弱。因为HOMO和 LUMO是电子在透射过程中极为重要的 能级，所以它们的空间分布可以有效地反映分子的输运情况，进而可以被用来初步地预 测体系在小偏压下的整流特性。比如模型 A和 B， 它们的 HOMO态几乎都定域在左边 的三角形石墨烯片上，而 LUMO定域在右边，这意味着电子更容易从 LUMO移动右电 极或者从 HOMO到左电极 因此，对应于 HOMO (LUMO)的共振峰在左（

32、右）边区 域的势垒就很小，这就导致当该双探 针体系加上偏压时 HOMO (LUMO)能级的位置会 跟着左（右）电极电化学势的变化而变化 42,43。所以当加正偏压时， HOMO和 LUMO 能级会向费米能级靠近，使得 HOMO和 LUMO间的间距变小，进而电子更容易导通。 强于 A1， 因此这意味着如果左边三角形石墨烯片边缘的饱和原子非金属性或金属性越 强，那么体系具有正向或反向整流效果越好，即该体系的整流方向和效果强弱都可以利 用不同的边缘饱和原子来调节。 14 第二章不同边缘修饰的对顶连接的三角形石墨烯纳米片的整流特性 图 2.3:模型 A-D在不同偏压下的整流比。为了更清楚地描述各个模型

33、的整流特 性，纵坐标我们选用对数坐标。 为进一步解释为什么这些模型在较大偏压区间也具有整流特性，我们计算了它们在 各个偏压下的透射谱并展示在图 2.4中。为了方便，我们把费米能级定义为零。透射谱 作为量子透射特性的最直观反映，它的透射峰位置一般由中间分子的能级轨道位置决 定，而透射隧道和分子轨道的离域性则影响其透射峰的高度。从图 2.4,我们大体上可 以看出透射谱是受偏压影响的。因为随着偏压的增加，纳米结构会发生连续性的极化。 对于模型 A,当加正偏压时其偏压窗内会出现较高较宽的峰，而负偏压时的透射峰却很 小甚至可以忽略，因此模型 A具有正向整流效应。模 型 B也具有相同的情况，但是其 在负偏

34、压下的透射峰相对于模型 A却有些大，所以模型 B虽具有正向整流效应，但其 整流比相对较小。但对于模型 C和 D， 它们却具有和模型 A、 B相反的情形，因此它们 反之，当加负偏压时， HOMO和 LUMO能级会远离费米能级，使得 HOMO和 LUMO 间的间距变大，这会增大电子通过的难度，即该模型表现正向整流效果。对于模型 C和 D， 它们的 HOMO和 LUMO的离域性恰恰和模型 A和 B的相反，这也是为什么它们会 具有和模型 A以及 B相反的整流特性，即在小偏压下具有反向整流特性。 15 硕士学位论文 呈现反向整流特性，且模型 D的透射曲线在不同偏压下的不对称性要强于模型 C,所以 其相对

35、于模型 C具有更强的整流效果。图 2.4中绿色的透射曲线对应于这些模型具有最 大整流比时的偏压，如模型 A和 B的是 1.0V， 模型 C和 D则分别是 0.8V和 1.2V， 这也可以从图 2.3中看出。通过这些代表性的绿色透射曲线我们可以更容易看出模型在 正负偏压下的透射不对称性，特别是在积分区间（偏压窗内）的透射谱。 表 2.1,模型 A D的 HOMO和 LUMO在 0.0V偏压下的空间分布 为了揭示双探针体系中不同部分对其电子透射特性及整流效应的贡献，我们计算了 该纳米器件在零偏压及几个具有代表性的非零偏压下的态密度 （ DOS)和投影态密度 (PDOS),如图 2.5所示。其中的投

36、影态密度是表示态密 度在左边三角形 （ LTGN)、 右 边三角形 （ RTGN)以及屏蔽层 （ SL)三部分的投影，它是对每个原子轨道的投影态密 度的求和，其中轨道投影态密度是指态密度在第 /个原子轨道的投影。因此， PDOS=Rec;(&)心卜 )例 - ） ， 其中句是指纳米器件的 个散射波函 nk 厂 数 ，它 可以用 |尤作基函数碰开，即 |=权。从图 2.5我们可以看出对于所有的模 型，它们的左边三角形部分 （ LTGN)的投影态密度都比其右边三角形 （ RTGN)的高， 这说明 LTGN对整个纳米体系的态密度的贡献要比 RTGN的更大，同时也表明三角形 石墨烯片的边缘修饰对该纳米

37、体系的电子输运特性具有显著的影响。更有趣的是与偏压 相关的态密度以及投影态密度偏压极化效应也清晰地反映在图 2.5中，这可以进一步的 解释这些模型的整流特性。比如模型 A和 B， 在正偏压下的LTGN的投影态密度和总 体系的态密度相对于负偏压下的更靠近于费米能级并且更大一些，所以它们具有正向整 流特性，而模型 C和 D的情况却刚好相反，因此它们具有反向整流特性，正如图 2.3 所示。 16 第二章不同边缘修饰的对顶连接的三角形石墨烯纳米片的整流特性 图 2.4;模型 A-D在各种偏压下的透射曲线，其中两条红色虚线间的区域表示偏压 窗，绿色对应于各模型存在最大整流比时的偏压，红色对应于 0V时的

38、透射谱。 为了进一步分析这些体系的整流特性以及了解其本质的整流机制，我们在图 2.6中 展示了它们的静电势分布。很明显，在两个三角形石墨烯片间存在一个势垒，它就是该 体系存在整流效应的本质原因，在接下来的分析中我们可以看出这是一种典型的肖特基 势垒。在我们的计算中我们发现单纯氢钝化的三角形石墨烯片的 HOMO和 LUMO能级 离费米能级非常近，即具有准金属性，这和以前紧束缚方法的计算结果 611以及锯齿形的 石墨烯带的电子特性 62大体上相符合。所以，本章研究的纳米结构可以被认为是由不同 边缘修饰的 LTGN和金属性的 RTGN连接构成，其中 LTGN根据不同的功能修饰可以 分为 n型或 p型

39、 TGN， 这在下面会有更详细的说明。在模型 A和 B中， LTGN是分别 用非金属的功能原子氧 （ 0)和氮 （ N) 进行钝化 （ NM-LTGN)， 优化后的结构显示这 些功能原子只与相邻 的碳原子形成化学键，而它们相互之间是不成键。因此对于 0和 N 原子来说，它们只需要一个价电子去和相邻的碳原子耦合成键，而剩余的价电子可以被 认为是准自由的甚至可以移动掺杂到 LTGN内部去，这和宏观上对硅半导体进行磷 （ P) 原子掺杂的情形类似，使得 NM-LTGN具有类似 n型半导体的属性。所以当把 NM-LTGN 17 硕士学位论文 图 2.5:模型 A D在 0V和几个非 0的代表性偏压下的

40、态密度以及各部分的投影态密度 中，然后转移到 RTGN里，因而产生的肖特基势垒更高，进而具有軍 好的整流特性，这 可以从图 2.6中看出。但是模型 C和 D的情形却完全不同，在模型 C和 D中 ， LTGN 分别用金属原子钾 0、铝 （ A1)进行钝化 （ M-LTGN)， 这些原子不仅仅和相邻的碳 原子耦合成键，它们还和相邻的同种原子成键，所以除价电子外它们还需要更多的电子 来成键，这意味着有空穴被转移到 LTGN内部，因而 M-LTGN就具有类似 p型半导体 的性质。所以当 M-LTGN和准金属的 RTGN连接时， LTGN中的部分空穴会扩散转移到 RTGN中，同样会在二者连接处产生肖特基

41、势 垒。值得注意的是这里的肖特基势垒是和 模型A及 B的相反，即这里的肖特基势垄的高势能区分布在连接区的左边，如图 2.6所 示，因而模型 C和 D应具有反向整流效应。另外，从图 2.6中我们可以观察到模型 D 中肖特基势垒要高于模型 C， 这是因为原子 K相对 A1来说它的价电子更少，因而模型 和准金属性的 RTGN连接到一起时， NM-LTGN上的部分电子会转移到 RTGN上，进而 在二者之间的连接处形成一个肖特基势垒。另外这个肖特基势垒的高势能端会出现在 RTGN上，如图 2.6所示。所以当模型 A和 B加正偏压，即左电极是阴极、而右电极是 阳极时，这个肖特基势垒会降低，电子就更容易透过

42、，反之肖特基势垒增加，电子的透 射会更难，因此就具备了正向整流特性。通过图 2.3我们可以看出模型 A的整流效果要 比模型 B的好，这是因为非金属 O原子要比 N原子具有更多的价电子可以掺到 LTGN 18 第二章不同边缘修饰的对顶连接的三角形石墨烯纳米片的整流特性 D的 LTGN就具有更多的空穴，进而其产生的肖特基势垒更高 ，所 以如图 2.3所示 ，模 型 D的整流效果比模型 C的要更好。 图 2.6:模型 AD在 0偏压下的静电势分布图 另外，我们还需要指出： 1、由于受计算条件的限制，我们仅算了两个较小的 TGN 的连接。事实上，如果 TGN的尺寸越大，由它们构成的纳米体系会具有更好的整流效 果，因为大体系的 TGN会具有更多的自由电子或者空穴，进而产生更高的肖特基势垒。 2、如果莲接 NM-LTGN和 M-RTGN来构建中间分子，那么它的