一種基于硼氮原子鏈的負(fù)微分電阻原子尺度納米器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于負(fù)微分電阻原子尺度納米器件，具體涉及一種基于硼氮原子鏈的負(fù)微 分電阻原子尺度納米器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)電子器件朝著"更小（生產(chǎn)工藝更先進(jìn)），更快（反應(yīng)速度快）和更冷（發(fā)熱 小、功耗低）"的微型化趨勢發(fā)展，越來越接近于分子甚至原子尺度，納米電子器件的研究已 引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。例如，澳大利亞新南威爾士大學(xué)MichelleY.Simmons課題 組研究發(fā)現(xiàn)，單個磷原子在一定條件下就可以表現(xiàn)出晶體管特性（MartinFuechsle,Jill A.Miwa,SuddhasattaMahapatra,etal. ,Asingle-atomtransistor[J].Nature Nanotech. 2012, 7:242-246)〇
[0003] 研究發(fā)現(xiàn)，一些原子鏈結(jié)構(gòu)可以表現(xiàn)出一些奇特的現(xiàn)象，甚至在納米電子器件 領(lǐng)域具有一些潛在應(yīng)用價值。例如，新加坡國立大學(xué)γ.P.Feng課題組構(gòu)造了石墨烯電 極-碳鏈-石墨烯電極的納米結(jié)結(jié)構(gòu)，并采用密度泛函理論結(jié)合非平衡格林函數(shù)的方 法研究了碳原子鏈的自旋輸運(yùn)行為，發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出完美的自旋過濾效應(yīng)，可作為自旋閥 器件(M.G.Zeng,L.Shen,Y.Q.Cai,etal. ,Perfectspin-filterandspin-valvein carbonatomicchains[J].Appl.Phys.Lett. ,2010,96:042104)。法國史特拉斯堡大 學(xué)FlorianBanhart課題組通過從石墨稀納米帶上拆解出來一條碳原子鏈，并首次測量 了單個碳原子鏈的電子輸運(yùn)性質(zhì)（OvidiuCretu，Andr6sR.Botello_Mendez，Izabela Janowska,etal. ,ElectricalTransportMeasuredinAtomicCarbonChains[J]. NanoLett.，2013, 13:3487-3493)。2014 年，日本高級工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所OvidiuCretu 課題組通過電子束在透射式電子顯微鏡中從硼氮片分解得到了單個硼氮原子鏈（Ovidiu Cretu,Hannu-PekkaKomas, 0ssiLehtinen,etal. ,ExperimentalObservationofBoron NitrideChains[J]. 2014, 8:11950-11957)。然而，對于這種單個硼氮原子鏈的一些電學(xué)性 質(zhì)及在納米電子器件方面的應(yīng)用還尚未有相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供了一種基于硼氮原子鏈（BNchains)的負(fù)微分電阻原子尺度 納米器件，通過設(shè)計硼氮原子鏈中硼氮兩種原子的個數(shù)來調(diào)控其電學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而得到具有 不同功能特性的納米電子器件。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明構(gòu)造了硼氮石墨烯電極-硼氮原子鏈-硼 氮石墨稀電極的兩電極器件結(jié)構(gòu)。通過使用VirtualNanoLab-AtomistixToolKit工具， 利用非平衡格林函數(shù)方法和Landauer-BUttiker公式對硼氮原子鏈的電子輸運(yùn)特性進(jìn)行 了石開究(M.Brandbyge,J.L.Mozos,P.Ordejon,etal. ,Density-functionalmethodfor nonequilibriumelectrontransport[J].Phys.Rev.B, 2002, 65:165401.AnYipeng,Wang Kedong,YangZhongqin,etal. ,Negativedifferentialresistanceandrectification effectsinstep-likegraphenenanoribbons[J]·Org.Electron.，2015, 17:262-269)〇通 過對其電學(xué)性質(zhì)的模擬計算，揭示該硼氮原子鏈的電子輸運(yùn)物理機(jī)制，并為設(shè)計和實(shí)現(xiàn)具 有優(yōu)良性能的基于硼氮原子鏈的負(fù)微分電阻納米器件提供了理論依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明所述的的基于硼氮原子鏈的負(fù)微分電阻原子尺度納米器件由左電極、右電 極及左電極和右電極之間的硼氮原子鏈構(gòu)成，其中左電極和右電極分別為鋸齒型硼氮石墨 烯納米條帶，硼氮原子鏈根據(jù)硼原子和氮原子個數(shù)不同分為以下三類BnNn+1、BnNnJPBnNn， 硼氮原子鏈中硼原子與氮原子交替連接并且該硼氮原子鏈的兩端分別連接左電極和右電 極。
[0007] 進(jìn)一步限定，所述的硼氮原子鏈BnNn+1、BnNni或BnNn中η為3、4、5或6。
[0008] 本發(fā)明通過調(diào)控硼氮原子鏈中硼氮原子個數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同的電子輸運(yùn)性質(zhì)，得到不 同的負(fù)微分電阻行為，可作為負(fù)微分電阻原子尺度納米器件的候選材料。
【附圖說明】
[0009] 圖1是三類硼氮原子鏈的兩電極器件結(jié)構(gòu)圖，圖1中1和3分別為左電極和右電 極，2為中間散射區(qū)（由硼氮原子鏈和部分電極組成）；
[0010] 圖2是ΒηΝη+1型硼氮原子鏈負(fù)微分電阻原子尺度納米器件的伏安特性曲線；
[0011] 圖3是ΒηΝη+1型硼氮原子鏈負(fù)微分電阻原子尺度納米器件在0.IV和1. 0V時的電 子透射率曲線；
[0012] 圖4是BnNni型硼氮原子鏈負(fù)微分電阻原子尺度納米器件的伏安特性曲線；
[0013] 圖5是BnNni型硼氮原子鏈負(fù)微分電阻原子尺度納米器件在0. 1V、0. 3V、0. 6V和 1. 0V時的電子透射率曲線；
[0014] 圖6是ΒηΝη型硼氮原子鏈負(fù)微分電阻原子尺度納米器件的伏安特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容?；谂鸬渔湹呢?fù)微分電阻納米器件由 左電極、右電極和中間硼氮原子鏈三部分構(gòu)成，其中左電極和右電極分別為鋸齒型硼氮石 墨烯納米條帶，而中間硼氮原子鏈根據(jù)硼原子和氮原子個數(shù)不同分為三類，即BnNn+1、BnNni 和BnNn，如圖1所示。此類納米器件電子輸運(yùn)性質(zhì)的計算，包括電導(dǎo)，電流-電壓曲線可按 照如下步驟完成：
[0016] -、根據(jù)Landauer公式，通過硼氮原子鏈的電子的透射率為：
[0017] T(E,Vb) =Tr[rL(E)GR(E)rR(E)GA(E)]
[0018] 其中，GR(E)和GA(E)為中間散社區(qū)（包含部分電極層和硼氮原子鏈，如圖1所示） 的延遲和超前格林函數(shù)，1\和ΓR為左右電極的展寬函數(shù)。
[0019] 二、當(dāng)在左右電極施加偏壓時，通過硼氮原子鏈的電流可