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摘要：本文以单氮化铝链分子为基础，在理论上设计了Al4N3、Al5N4、Al6N5、Al7N6这四个模型，采用密度泛函结合非平衡格林函数方法对其传输性质进行分析。分析表明，不同链长的氮化铝链显示出不同的几何机构，因而显示出不同的电子传输性质，对于Al6N5和Al7N6，电流-电压曲线显示出负微分电阻特性，且Al7N6分子器件表现出较好的负微分电阻特性，其峰谷比值达162。这些结果对于设计氮化铝链分子器件具有重要指导意义。73149

毕业论文关键词：氮化铝链，分子器件，负微分电阻，非平衡格林函数

Abstract: In this paper, base on the single aluminum nitride molecular chain, we design four models of Al4N3, Al5N4, Al6N5, Al7N6 using the density functional theory combined with the nonequilibrium Green’s function method to analyze the transport properties。 The results show that different lengths of aluminum nitride chains exhibit different geometrical structural characterize, thus showing different electronic transport properties。 For Al6N5 and Al7N6 models, the current-voltage curve shows a negative differential resistance characteristic。 Especially, Al7N6 molecular device shows a good negative differential resistance characteristic with the peak-to-valley ratio about 162。 These results are helpful for us to design the aluminum nitride devices。

Keywords: AlN chain, molecular device, negative differential resistance, Nonequilibrium Green Function

目  录

1 前言 4

2模型和计算模拟参数计算 4

3 结果与讨论 5

3。1分子的电子结构和电子性质 5

3。2电流-电压曲线特征和整流性质 8

结  论 10

参考文献 11

致  谢 12

1 前言

纳米技术被期望在革新电子学的构建模式和大规模经济化等发挥重要影响和作用，关于摩尔定律将会终结的讨论已经存在了很长一段时间，探索替代Si技术，且可以提供比硅CMOS器件更高的性能和集成密度的研究得到人们的关注。比如，基于碳纳米管的纳米电子学分子电子、单电子晶体管、量子计算架构等等都是重要的研究方面。而利用单个分子作为基本的单元是目前分子电子学研究的一个主要任务[1]。

对于无机纳米线为基础的纳米电子学，尽管和分子电子学的革新技术并不完全一致，但可能提供一些灵活性在制造和性能优势。目前纳米线的电子学研究正处于早期阶段，其中一维III-V族半导体结构材料在光电子应用等领域引起了人们的广泛关注，其中AlN纳米线和纳米管是由于优异的性质，如近6。2 eV带隙特征和低电子亲合力等，因此具有热稳定性高，电导率介电性能可靠的特征[2]。氮化铝纳米带已在实验室被成功合成[3]。在第三族元素的氮化物中，氮化铝是拥有最大能隙的半导体，因此理论上人们估计AlN可以成为在恶劣环境中进行操作的备选纳米材料之一。而且在2003年，纯晶锯齿型氮化铝纳米带这种新的形态通过氯化物辅助固相也已经获得。目前理论上已经对AlN纳米管材料进行了探索研究[4-5]，但是对于AlN纳米线的理论研究仍较缺乏，需要给予关注和研究。

我们主要以单氮化铝链分子为基础，在理论上设计了四个模型来分析讨论其不同链长的氮化铝分子的电子传输性质。在分子节模型中，构建时需要考虑与电极的触点原子，即与电极的结合难易，这里我们选择Al原子为接触原子。另外从化学角度也易知，Al原子端基时更稳定一些。因此在选择AlN链时，取Aln+1Nn形式， 其中选择n >=3。这里考虑到链的长度最少要基本反应出纳米特征，因此从n大于3开始，再逐渐增加长度，直到n取6。文献综述 (责任编辑：qin)