有機(jī)晶體管門電壓效應(yīng)——第一性原理研究.pdf

1、本論文主要講述了處理非平衡態(tài)開放體系量子輸運(yùn)問題的第一性原理非平衡態(tài)格林函數(shù)方法,并介紹了在此理論基礎(chǔ)上對有機(jī)晶體管電流門電壓效應(yīng)的研究結(jié)果。概括說來,本論文可以分為兩大部分,即第一部分理論框架的建立和第二部分計算結(jié)果的討論。
　　第一部分理論框架的建立在該部分中,我們首先簡單介紹了分子電子學(xué)的發(fā)展背景和前景。由于硅半導(dǎo)體器件發(fā)展上尺度的局限性,以及相應(yīng)出現(xiàn)的種種量子效應(yīng)問題,有機(jī)分子器件憑借其納米尺度、高功能性和低成本等潛在優(yōu)勢

2、,自然而然成為了下一代信息處理器件的首選。關(guān)于分子電子器件的量子輸運(yùn)原理是在本部分第二章中給出了詳細(xì)的介紹,我們在分子輸運(yùn)的Landauer圖景基礎(chǔ)上,給出了有機(jī)分子器件的量子輸運(yùn)微觀機(jī)制。第三章介紹了處理量子輸運(yùn)問題的非平衡態(tài)格林函數(shù)方法。在本章中我們利用非平衡態(tài)格林函數(shù)推導(dǎo)了穩(wěn)態(tài)相干輸運(yùn)的電流及透射率公式:另外,考慮到分子與導(dǎo)線只在導(dǎo)線表面層內(nèi)有耦合,因此左右導(dǎo)線的表面格林函數(shù)的獲得也在本章中給出了簡單介紹。第四章則具體介紹了第一性

3、原理自洽計算的實(shí)現(xiàn)。要處理非平衡態(tài)開放體系的量子輸運(yùn)問題,我們需將密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數(shù)方法結(jié)合在一起,這一工作的實(shí)現(xiàn)是將量子化學(xué)軟件Gaussian03的部分源程序加以修改,使其可以用非平衡格林函數(shù)求解開放體系的密度矩陣,并完成自洽迭代計算,具體內(nèi)容及自洽循環(huán)的迭代步驟在文章中給出。
　　第二部分計算結(jié)果的討論在本部分,即第五章中我們給出了關(guān)于有機(jī)晶體管電流門電壓效應(yīng)的計算結(jié)果并從態(tài)密度出發(fā)對其進(jìn)行了理論分析。計算中分子

4、的選取是以化學(xué)上易于合成的芘和4H,11bH-雙苯[cd,mn]芘分子為基礎(chǔ),對分子上部分C原子和H原子做相應(yīng)取代而得到。我們的研究結(jié)果表明:N原子和F原子的摻雜可以提高電流并改善其門電壓效應(yīng);分子相對于S-Au鍵的不對稱性也可以加強(qiáng)門電壓效應(yīng),反之門電壓對電流的調(diào)控作用則會被削弱。另外,在我們的計算中部分有機(jī)分子表現(xiàn)出了對數(shù)曲線形式的I-V特性,這表明有機(jī)晶體管也可能具有和經(jīng)典場效應(yīng)管類似的輸運(yùn)特性。在一定意義上,我們的計算結(jié)果給實(shí)驗(yàn)