軽元素からなる積層原子膜の電子伝導現象の解明と超高効率電子輸送デバイス設計

阐明轻元素层压原子膜中的电子传导现象和超高效电子传输器件的设计

基本信息

批准号：
21K04876
负责人：
藤本義隆
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度においては、グラフェンの基板材料として用いられる軽元素物質である窒化ホウ素原子膜の構造安定性と電子構造を調べ、窒化ホウ素原子膜が低損失伝導チャネルとして有用な物質であることが分かった。本年度は、窒化ホウ素ナノチューブの原子構造、電子構造及び輸送特性に関して研究を行った。特に、窒化ホウ素ナノチューブを用いた半導体デバイスの伝導チャネルとしての基礎物性を明らかにするとともに、高効率輸送デバイスを設計するための指針を獲得することを目的として、窒化ホウ素原子膜研究を展開した。ここでは、二層系窒化ホウ素ナノチューブに関する研究を行った。二層系チューブには、ナノチューブの選び方に任意性があるため、バンドオフセットがチューニングされる様にそれぞれのチューブを選んだ。また、二層系ナノチューブには、外側と内側の2種類のチューブが存在するが、それぞれに、不純物をドープした。得られた結果は、次の通りとなる。二層系ナノチューブのバンドギャップは、それぞれの単層チューブのバンドギャップよりも小さくなった。単層のチューブに不純物をドープした場合よりも、二層系チューブにドープした方が、不純物状態は浅い。二層系チューブにおいては、外側のチューブに不純物をドープした場合の方が、内側のチューブにドープした場合よりも浅い不純物状態が出現することが分かった。更に、二層ナノチューブの輸送特性について調べた。内側のチューブに不純物がドープされた場合は、輸送効率は、最大で40％程度低下する。一方、外側のチューブに不純物がドープされた場合、輸送効率は低下することなく、ほぼ100%を保つことが分かった。このことから、不純物が外側にドープされたチューブを持つ二層ナノチューブは、エネルギー輸送効率の極めて高いデバイス材料として有用であることが予想される結果を得た。

去年，我们研究了用作石墨烯衬底材料的轻元素材料氮化硼原子膜的结构稳定性和电子结构，发现氮化硼原子膜是作为低损耗传导通道的有用材料。今年，我们对氮化硼纳米管的原子结构、电子结构和输运特性进行了研究。特别是，我们对氮化硼原子薄膜进行了研究，旨在阐明氮化硼纳米管作为半导体器件中传导通道的基本物理性质，并为设计高效传输器件提供指导。在这里，我们对双壁氮化硼纳米管进行了研究。由于双壁管的纳米管的选择是任意的，因此选择每个管以便可以调整能带偏移。此外，双壁纳米管有两种类型：外管和内管，每管都掺杂有杂质。得到的结果如下。双壁纳米管的带隙小于每个单壁管的带隙。掺杂两层管时的杂质态比掺杂单层管时的杂质态浅。在两层管中，发现当外管掺杂杂质时出现比内管掺杂时更浅的杂质态。此外，我们研究了双壁纳米管的传输特性。如果内管掺杂杂质，传输效率最多下降40%。另一方面，当外管掺杂杂质时，传输效率几乎保持100%而没有降低。这些结果表明，外部掺杂有杂质的双壁纳米管有望用作具有极高能量传输效率的器件材料。