가장자리 패시베이션이 있는 α-보로펜 나노리본을 기반으로 한 이종접합의 성능 수정

결과 및 토론

계산된 전류 -전압(I −V ) 이종접합 Mn의 곡선 H,M ^′ n H 및 Mn -1.0 ~ 1.0V의 바이어스 범위 내의 N은 각각 그림 3a-c에 나와 있습니다. 이들 나로부터 −V 곡선에서 양의 바이어스가 증가함에 따라 세 가지 유형의 접합 모두에서 전류가 빠르게 증가한다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 그러나 음의 바이어스가 증가하면 접합부를 통과하는 전류가 더 천천히 증가합니다. 나 −V 곡선은 전체 바이어스에서 분명히 비대칭적인 특성을 가지며, 이는 접합이 바이어스 범위 내에서 정류 거동을 갖는다는 것을 의미합니다. 이종 접합의 정류 효과는 주로 좌우의 서로 다른 나노 리본의 비대칭과 중앙 산란 영역의 계면 형성에 의해 발생합니다. 교정 행동의 강도를 평가하기 위해 우리는 I −V RR(V)로 정의되는 정류비(RR)를 계산하기 위한 곡선 )=|나 (+V )|/|나 (−V )|, 여기서 나 (±V ) 포지티브 및 네거티브 바이어스에서 전류를 나타냅니다. 세 가지 유형의 접합 Mn의 계산된 RR H,M ^′ n H 및 Mn 0.1V −0.5V 바이어스 범위 내의 N은 각각 그림 3d–f에 나와 있습니다. Mn 유형의 경우 H, M1H의 RR은 0.2V에서 3에 불과하지만 M10H의 RR은 동일한 바이어스에서 115에 도달할 수 있습니다. 마찬가지로 M ^′ 의 경우 n 바이어스 0.2 V에서 N 유형, M의 RR ^′ 1H는 3이고 M의 H는 ^′ 입니다. 10H는 최대 90입니다. 또한 Mn의 경우 N 유형에서 M1N의 RR은 0.3V에서 2이고 M10N의 RR은 최대 240에 이릅니다. 또한 그림 3을 주의 깊게 관찰하면 전류와 RR의 크기를 접합의 반도체 부분. 구체적으로, 한편으로는 반도체 부품의 프리미티브 셀의 수가 증가함에 따라 접합부의 전류가 감소한다. 반면에 원시 세포의 수가 증가할수록 RR은 크게 증가한다. 이종접합의 오른쪽은 밴드갭이 있는 반도체 나노리본이기 때문에 전자 터널링의 확률은 반도체의 길이가 길어질수록 기하급수적으로 감소한다. 결과적으로 Mn의 이종접합에서 H,M ^′ n H 및 Mn N, n 증가하면 RR이 크게 증가합니다. 이 결과는 다른 2D 재료를 기반으로 한 이종 접합에 대한 이전 연구와 잘 일치합니다[44-46].

나 -V 세 가지 유형의 이종 접합에 대한 특성 및 정류 비율, 여기서 a –ㄷ 나에 해당 -V 교차점 Mn에 대한 곡선 H,M ^′ n H 및 Mn 엔(n =1, 2, 5, 8, 10) 각각 (− 1,1) V의 바이어스 범위 내. c의 삽입 확대된 나는 -V Mn의 곡선 N 바이어스 범위 내. d –f I-V에서 상응하게 계산된 정류비 데이터

나 비교 −V 그림 3에 표시된 세 가지 유형의 이종 접합 중 곡선과 RR을 보면 I −V Mn에 대한 곡선 및 RR H와 M ^′ n H도 비슷한 경향을 보입니다. 그러나 Mn N은 크게 다릅니다. 세 가지 유형의 접합부의 전송 특성 차이를 설명하기 위해 왼쪽 및 오른쪽 전극의 밴드 구조가 동반되는 그림 4와 같이 제로 바이어스에서 투과 스펙트럼을 계산했습니다. 이 투과 스펙트럼에서 모든 접합부가 페르미 준위 근처에서 투과 간격을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 여기서 마젠타색 점선을 사용하여 간격 위치를 나타냅니다. 투과 갭이 존재하는 이유는 우측 전극의 에너지 밴드 구조가 페르미 준위 부근에 갭이 있기 때문이다. 따라서 왼쪽 전극과 오른쪽 전극의 밴드 구조가 일치하지 않아 전송 채널이 닫히고 왼쪽 전극의 전자가 오른쪽 전극에 도달하지 못합니다. 이것은 낮은 바이어스에서 약한 전류의 물리적 원인이기도 합니다. 또한 그림 4a, b와 그림 4a, c를 비교하면 Mn의 투과 스펙트럼이 H와 M ^′ n 제로 바이어스에서 H는 비슷한 경향을 가지고 있습니다. 그러나 Mn의 추세는 H 및 Mn N은 상당히 다릅니다. 이는 페르미 준위 부근에서 좌우 전극 밴드 구조의 매칭 정도에 의해 결정된다. 접합 M ^′ 의 왼쪽 금속 나노리본 n H는 Z α에서 변경됩니다. BNR ~ 1H-Z α Mn 대비 BNR H. 페르미 준위 부근에서 좌우 전극의 정합 정도는 거의 변하지 않는다. 그러나 Mn의 경우 N, 오른쪽 반도체 나노리본이 2H-Z α에서 변경됨 BNR ~ N-Z α Mn 대비 BNR H. 밴드 갭이 0.43 eV에서 1.0 eV로 증가하여 페르미 준위 부근에서 좌우 전극의 정합 정도가 감소한다. 따라서 Mn의 전송 속성은 H와 M ^′ n H는 거의 동일하지만 Mn H 및 Mn N은 분명히 다릅니다. 이 결과는 왼쪽 부분의 금속 나노리본을 변경하는 것이 접합부의 수송 특성에 약간의 영향을 미친다는 것을 나타냅니다. 그러나 오른쪽 부분의 반도체 나노리본을 바꾸는 것은 그것에 큰 영향을 미칩니다.

페르미 준위가 0으로 설정되고 마젠타 파선이 오른쪽 반도체 전극의 밴드 갭을 나타내는 왼쪽 및 오른쪽 전극의 밴드 구조. 이종 접합 a에 대한 제로 바이어스에서의 투과 스펙트럼 Mn 하, b 남 ^′ n H 및 c Mn N과 n =1(빨간색 점선), 5(파란색 점선), 10(녹색 실선)이 각각 해당 그림의 중간 부분에 표시됩니다.

이종 접합에 대한 정류 동작의 세부 사항을 더 이해하기 위해 그림 5와 같이 몇 가지 특정 바이어스에서 투과 스펙트럼을 계산했습니다. 여기서 위/아래 부분은 양/음 바이어스에서 접합의 투과 스펙트럼을 보여줍니다. Landauer-Büttiker 공식에 따르면 접합부의 전류는 바이어스 창 내에서 전송 스펙트럼의 통합 영역과 직접 관련이 있음을 알고 있습니다[47-49]. 그림 5의 투과 스펙트럼에서 세 가지 유형의 모델이 공통적인 경향을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 바이어스 윈도우에서 투과 스펙트럼의 집적 영역은 반도체 부분의 프리미티브 셀의 수가 증가함에 따라 감소한다. 이것이 그림 3과 같이 반도체 부분의 셀 수가 증가함에 따라 이종 접합의 전류가 감소하는 이유입니다. 그림 5a는 이종 접합 Mn의 투과 스펙트럼을 보여줍니다. H ± 0.3V. M1H의 경우 0.3V의 바이어스 창에서 투과 스펙트럼의 적분 영역은 -0.3V보다 약간 큽니다. 따라서 0.3V의 전류는 -0.3V보다 약간 높으며 RR은 바이어스 0.3V에서 3에 불과합니다. 그러나 M5H 및 M10H의 경우 바이어스 창의 양의 바이어스에서 투과 스펙트럼의 적분 영역은 음의 바이어스보다 훨씬 큽니다. 이로 인해 양의 바이어스에서 M5H 및 M10H의 전류가 음의 바이어스보다 크고 RR이 M1H보다 훨씬 큽니다. 그림 5b는 M ^′ 의 투과 스펙트럼을 보여줍니다. n H at ± 0.3 V. 그림에서 M ^′ 의 투과 스펙트럼을 알 수 있습니다. n 바이어스 창의 H는 Mn과 거의 동일합니다. H. 따라서 동일한 바이어스 전압에서 M ^' 의 전류와 RR n H 및 Mn H는 거의 동일합니다[그림 3b, e 참조]. Mn의 투과 스펙트럼 ±0.9V의 N은 그림 5c에 나와 있습니다. 바이어스 창의 투과 계수가 너무 작기 때문에 바이어스 창의 투과 스펙트럼을 확대하여 그림 5c의 오른쪽 하단에 삽입으로 첨부합니다. 바이어스 창에서 M1N 투과 스펙트럼의 경향은 M1H 및 M ^' 과 유사합니다. 1H. 따라서 M1N의 RR도 작습니다. M5N 및 M10N의 경우 바이어스 창에서 양의 바이어스 아래의 투과 스펙트럼의 적분 영역은 음의 바이어스 아래의 영역보다 훨씬 큽니다. 따라서 이러한 I의 비대칭적 특성은 M1N에 비해 −V 곡선이 더 뚜렷합니다. 이것은 그들이 큰 정류 비율을 가지고 있음을 의미합니다. M10N의 RR이 240에 달할 수 있다는 점은 언급할 가치가 있으며 이는 3가지 이종접합 유형 중 최고입니다.

이종접합 a의 투과 스펙트럼 Mn H 바이어스 ± 0.3V, b 남 ^′ n H 바이어스 ± 0.3 V 및 c Mn n의 동일한 선택으로 바이어스 ± 0.9V에서 N 그림 4의 선 색상에서 각 그림에서 포지티브/네거티브 바이어스에서의 투과율을 위한 상단/하단 부분입니다. 두 개의 수직(자홍색) 실선은 바이어스 창을 나타냅니다. 그림 5c의 삽입은 바이어스 창에서 투과 스펙트럼의 증폭입니다.

그림 5에서 전송 스펙트럼을 보다 직관적으로 설명하기 위해 M5H와 M ^′ 의 전송 고유 상태를 보여줍니다. V에서 5시간 =0.3V, E =− 0.15eV 및 V =− 0.3V, E =그림 6a 및 b에서 각각 0.15eV. 그리고 V에서 M5N의 전송 고유 상태 =0.9V, E =− 0.45eV 및 V =− 0.9V, E =0.45 eV는 그림 6c에 나와 있습니다[15, 16, 49]. 전송 고유 상태의 분석은 전파하는 Bloch 상태 \(\sum _{m}C_{a,m}\psi _{m}\)를 선형 결합하여 얻을 수 있습니다. C _{아 ,나} 전송 행렬의 대각화에서 파생될 수 있습니다. 즉, \({\sum \nolimits }_{n}T_{mn}C_{a,n}\)=λ _아 C _{아 ,나} , 여기서 λ _아 전송 고유값입니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 모든 이종 접합에 대해 음의 바이어스에서 전송 고유 상태는 금속 부분에 위치합니다(패시베이션되지 않은 Z α BNR 및 1H-Z α BNR). 양의 바이어스에서 전송 고유 상태는 대부분 왼쪽에 국한됩니다. 그러나 이종 접합에서 전송 채널을 형성합니다. 전자는 왼쪽 전극에서 오른쪽 전극으로 이동할 수 있습니다. 따라서 바이어스 창에서 양의 바이어스 아래의 투과 계수는 음의 바이어스보다 큽니다. 그림 6a와 b를 비교하면 M ^′ 의 전송 고유 상태를 알 수 있습니다. 5H와 M5H는 약간 다릅니다. 따라서 이종접합 M ^' 5H 및 M5H는 바이어스 창에서 거의 동일한 투과 계수를 갖습니다. 또한 M5N의 경우 반도체 부품의 밴드 갭이 증가하기 때문에 이종 접합에서 더 극적인 전자 산란이 발생합니다. 따라서 전송 고유 상태 중 소수만 오른쪽으로 전송될 수 있습니다. 이것은 Mn의 투과 계수로 이어졌습니다. 바이어스 창의 N은 다른 두 가지 유형의 이종 접합보다 작습니다. 한편, 동일한 바이어스에서 Mn의 전류 N은 이종 접합의 세 가지 유형 중 가장 작은 유형입니다.

이종 접합 a의 전송 고유 상태 바이어스에서 M5H − 0.3V, E =0.15 eV(상단) 및 바이어스에서 0.3 V(E 포함) =− 0.15eV(낮음), b 남 ^′ E가 있는 − 0.3V에서 5H =0.15V 및 0.3V에서 E 사용 =− 0.15 eV 및 c M5N at bias=− 0.9V, E =0.45eV 및 0.9V에서 E 사용 =- 0.45 eV, 각각. 등가값은 0.2 Å ⁻³ 으로 고정됩니다. 이 V ⁻¹ 모든 고유 상태에 대해

마지막으로, 이종 접합이 있는 수송 특성에 대한 왼쪽 및 오른쪽 나노리본의 효과를 더 조사하기 위해 그림 7은 세 가지 유형의 이종 접합의 예상 밀도(PDOS)를 보여줍니다. 그림 7a에서 왼쪽 전극(비동태화 Z α BNR) M1H, M5H 및 M10H 접합부의 페르미 준위 근처에서 함께 겹칩니다. 이는 왼쪽 전극이 기여하는 PDOS가 반도체 나노리본(2H-Z α BNR) 중앙 산란 영역에서. 그러나 오른쪽 전극(2H-Z α BNR)은 페르미 준위 근처에 간격이 있습니다. 이것은 오른쪽 전극의 페르미 준위 근처의 밴드 갭에 의해 발생합니다[그림 3c 참조]. 중간 산란 영역 2H-Z α 확장의 영향 BNR, M1H, M5H, M10H 접합의 오른쪽 전극이 기여하는 PDOS 스펙트럼은 밴드 갭 외부의 에너지 범위에서 서로 크게 다릅니다. 이종접합 M ^′ 의 경우 두 전극 사이에 본질적인 차이가 없기 때문에 n H 및 Mn H, 오른쪽 전극은 동일하고 왼쪽 전극은 금속 리본입니다. 그래서 M의 PDOS ^′ n H 및 Mn H는 그림 7a, b와 같이 페르미 준위 근처에서 거의 동일합니다. 이것이 전송 스펙트럼이 I인 이유 중 하나입니다. −V Mn의 곡선 및 RR H와 M ^′ n H는 낮은 바이어스에서 유사합니다[그림. 3 및 5]. 그림 7c에서 Mn N. 이종 접합에서 반도체 부분의 밴드 갭이 증가하여 투과 특성에 대한 좌측 전극의 영향이 작아진다. 따라서 PDOS는 페르미 준위 근처의 더 큰 에너지 범위 내에서 서로 겹칩니다. 오른쪽 전극이 기여하는 PDOS 스펙트럼은 (- 0.5, 0.5) eV의 에너지 범위에 갭이 존재합니다. 그들은 N-ZBNR 밴드 구조를 가진 갭의 위치와 일치합니다. PDOS로부터 우리는 왼쪽 금속 전극이 중간 산란 영역의 수송 특성에 거의 영향을 미치지 않는다는 결론을 내릴 수 있습니다. 그러나 오른쪽의 반도체 부품 전극은 중간 산란 영역의 수송 특성에 매우 중요합니다.

왼쪽의 부동태화되지 않은 ZBNR 전극(상단)과 오른쪽 전극(1H-Z α)의 투영된 상태 밀도(PDOS) BNR, 2H −ZBNR 또는 N-Z α a에 대한 BNR)(하단) Mn 하, b 남 ^′ n H 및 c Mn n의 동일한 선택으로 N 각각 그림 5의 선 색상으로