碳電子學(xué)基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

《碳電子學(xué)基礎(chǔ)》以低維碳材料構(gòu)成的器件為主線，介紹納米尺度碳材料的結(jié)構(gòu)，以及用其構(gòu)成的器件，包括碳納米材料的同素異構(gòu)體及其原子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)；載流子擴散傳輸、彈道傳輸?shù)臈l件和特性；場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)和特性，原子分辨像和相干電子發(fā)射；碳60和巴基蔥的結(jié)構(gòu)與特性，以及用其構(gòu)成的單電子管和電路；石墨烯的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)和特性，石墨烯的拓撲效應(yīng)，以及用其構(gòu)造的三極管和發(fā)展前景；碳納米管的結(jié)構(gòu)和特性，以及用其構(gòu)成的納電子器件和電路的特征，雙極性三極管和電路特點等。突出器件信息加工過程中的量子效應(yīng)、相位相干性，以及碳材料構(gòu)造器件的非費米液體行為和關(guān)聯(lián)電子學(xué)等有關(guān)問題。在此基礎(chǔ)上探討碳電子學(xué)的發(fā)展前景，為思考未來電子學(xué)的發(fā)展提供參考。
《碳電子學(xué)基礎(chǔ)》適合信息、物理、化學(xué)、材料等學(xué)科的大學(xué)本科生、研究生及相關(guān)科技人員、教學(xué)人員閱讀參考。

作者簡介

薛增泉 教授、博士生導(dǎo)師。1963年畢業(yè)于北京大學(xué)無線電電子學(xué)系，后留校任教，先后從事真空電子學(xué)、陰極電子學(xué)、表面科學(xué)、薄膜電子學(xué)、光電功能薄膜、納電子學(xué)、分子電子學(xué)等教學(xué)和研究工作。1987～1989年在美國賓夕法尼亞大學(xué)物理系作訪問學(xué)者，從事掃描探針顯微鏡和場發(fā)射的研究工作。曾先后被聘任為國家納米科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會第二、第三屆委員，國家自然科學(xué)基金委員會信息科學(xué)部、國家科技部“973”計劃材料領(lǐng)域?qū)＜易稍兘M、國家重大科學(xué)研究計劃納米研究組專家。出版著作有《薄膜物理》《電子發(fā)射與電子能譜》《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》《納米科技探索》《納米電子學(xué)》《分子電子學(xué)》和《納米科技基礎(chǔ)》等。

書籍目錄

《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序自序前言第0章 緒論0.1 科技發(fā)展的機遇0.2 納電子學(xué)0.2.1 三代電子器件0.2.2 納電子器件的主要特征0.2.3 放大電信號的基本元件0.2.4 從碳切入研究納電子器件0.3 摩爾定律之外0.3.1 摩爾定律0.3.2 量子調(diào)控0.4 NBIC會聚技術(shù)0.5 碳時代參考文獻第1章 碳元素材料1.1 碳的軌道雜化1.2 碳的異構(gòu)體1.2.1 石墨與金剛石1.2.2 碳纖維1.2.3 富勒烯1.2.4 碳納米管1.2.5 石墨烯參考文獻第2章 C60與巴基蔥2.1 C602.2 巴基蔥2.2.1 巴基蔥的制備2.2.2 巴基蔥的電學(xué)特性2.3 富勒烯場效應(yīng)三極管物理2.3.1 分子的隧穿傳輸2.3.2 分子通道的傳輸速率2.3.3 壓縮C60時的能級排斥2.3.4 機電單分子三極管2.4 C60單電子管2.5 單電子管電路2.6 C70復(fù)合物三極管與電路2.6.1 [70]PCBM三極管的電荷傳輸2.6.2 基于[70]PCBM三極管的邏輯電路2.7 碳納米管填充富勒烯2.8 C60/并五苯倒相器2.8.1 底接觸雙極性O(shè)TFT2.8.2 C60/苯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的底接觸倒相器2.9 C60復(fù)合物三極管2.9.1 C60三聚氰胺功能材料制備2.9.2 三聚氰胺膜的結(jié)構(gòu)和介電特性2.9.3 小分子三極管的傳輸和輸出特性參考文獻第3章 碳納米管制造3.1 電弧放電法3.2 激光蒸發(fā)法3.3 化學(xué)氣相沉積法參考文獻第4章 碳納米管的原子結(jié)4.1 碳納米管結(jié)構(gòu)的分類4.1.1 手性矢量Ch4.1.2 平移矢量T4.1.3 對稱矢量R4.2 單胞與布里淵區(qū)參考文獻第5章 碳納米管的電子結(jié)構(gòu)5.1 單電子色散關(guān)系5.1.1 能量色散關(guān)系的區(qū)域重疊5.1.2 扶手椅型管和鋸齒型管的能散5.1.3 手性納米管的色散5.2 態(tài)密度和能隙5.3 派爾斯相變參考文獻第6章 理想的納電子材料6.1 碳納米管的電學(xué)特性6.1.1 場發(fā)射器件6.1.2 納電子器件6.2 未來的主流電子材料6.3 碳管的電導(dǎo)率和遷移率參考文獻第7章 碳納米管的傳輸特性7.1 在一維體系中的電子輸運7.2 三種傳輸特征7.3 彈道導(dǎo)體7.4 經(jīng)典輸運7.5 局域化7.6 普適電導(dǎo)漲落7.7 碳納米管的電子傳輸7.8 碳納米管電導(dǎo)與溫度的關(guān)系參考文獻第8章 碳納米管中電子的彈道輸運8.1 納米尺度彈道輸運的概念8.2 共振傳輸8.3 碳納米管的彈道輸運8.4 碳納米管超導(dǎo)特性8.5 尺寸對超導(dǎo)特性的影響8.5.1 1D電子體系中的相變8.5.2 Luttinger液體崩潰8.5.3 超出Luttinger模型8.6 單壁碳納米管的超導(dǎo)8.7 碳納米管的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)8.8 單壁碳納米管的超流8.9 多壁碳納米管的超流參考文獻第9章 碳納米管的自旋傳輸和微波傳輸9.1 碳納米管自旋傳輸9.2 碳納米管微波傳輸參考文獻第10章 電子全息10.1 全息的概念10.1.1 光學(xué)全息10.1.2 激光10.1.3 全息基礎(chǔ)10.2 全息的發(fā)展進程10.3 電子全息參考文獻第11章 碳納米管場發(fā)射11.1 場發(fā)射電子源11.2 碳納米管場發(fā)射陰極11.2.1 單根碳納米管的場發(fā)射11.2.2 碳納米管薄膜場發(fā)射11.2.3 場發(fā)射引起的發(fā)光11.3 碳納米管的相干場發(fā)射11.3.1 單壁碳納米管的擴散場發(fā)射11.3.2 碳納米管相干場發(fā)射11.4 碳納米管場發(fā)射模擬計算11.4.1 結(jié)構(gòu)與模型11.4.2 用密度泛函計算場發(fā)射特性11.5 吸附對場發(fā)射的影響11.5.1 荷電的影響11.5.2 吸附的影響11.6 碳納米管場發(fā)射的原子像11.7 碳納米管場發(fā)射的穩(wěn)定問題參考文獻第12章 彈道電子發(fā)射12.1 彈道電子發(fā)射源12.2 彈道電子場發(fā)射理論12.3 單壁碳納米管彈道場發(fā)射12.4 相干電子束特性檢測儀12.4.1 LEEPSM的工作原理12.4.2 低能電子點投影顯微鏡的結(jié)構(gòu)12.4.3 納米尺度物體投影像的定標(biāo)12.4.4 用鎢針尖觀察多壁碳納米管投影像12.5 超強高亮度相干電子發(fā)射源12.6 Beeser的可能應(yīng)用參考文獻第13章 碳納米管三極管13.1 納電子器件的基本概念13.1.1 信號放大管13.1.2 雙穩(wěn)態(tài)13.1.3 庫侖阻塞13.1.4 量子相干器13.2 碳納米管三極管模型13.2.1 量子模型13.2.2 測量13.3 碳納米管場效應(yīng)管13.4 碳納米管超流三極管13.5 碳納米管單電子管13.6 可調(diào)碳納米管振蕩器13.7 碳納米管超導(dǎo)量子相干器件13.7.1 電子傳輸特性和Kondo效應(yīng)13.7.2 CNT-SQUID特性13.7.3 CNT π結(jié)參考文獻第14章 三極管的雙極特性14.1 場效應(yīng)管的雙極特性14.2 理論模擬14.3 主要參量14.3.1 電導(dǎo)率14.3.2 閾值斜率14.3.3 開態(tài)電流14.3.4 跨導(dǎo)14.4 雙極性三極管電路14.4.1 p型FET用Pd歐姆接觸14.4.2 n型FET與Al電極近歐姆接觸14.4.3 環(huán)境的影響14.4.4 邏輯電路14.5 碳納米管CMOS倒相器14.6 雙極性碳納米管邏輯電路參考文獻第15章 碳納米管電路15.1 碳納米管電路設(shè)計15.1.1 電流模式15.1.2 碳納米管15.1.3 基本組塊15.1.4 閾值檢測器15.1.5 加法器15.2 納米尺度電路連接15.3 碳納米管電路匹配15.3.1 彈道CNT-FET15.3.2 彈道CNT-FET的理論15.3.3 量子電荷計算15.3.4 CNT-FET特性15.4 碳納米管的連接15.4.1 碳納米結(jié)的構(gòu)成15.4.2 兩個納米管的連接規(guī)則15.4.3 結(jié)的隧穿電導(dǎo)15.5 碳納米管邏輯電路15.6 碳納米管集成電路15.6.1 單三極管模型15.6.2 電路運行中的寄生作用15.7 碳納米管彈道CMOS電路15.8 CNT的高頻電路15.9 碳納米管網(wǎng)電路15.9.1 CNT網(wǎng)的制備15.9.2 沉積15.9.3 場效應(yīng)三極管制備參考文獻第16章 石墨烯16.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)16.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)與特性16.3 石墨烯三極管16.4 雙層石墨烯電子器件16.5 石墨烯納米帶三極管16.5.1 理想結(jié)構(gòu)16.5.2 原子空位16.5.3 邊緣粗糙16.5.4 離子雜質(zhì)16.6 石墨烯單電子管16.7 石墨烯高頻三極管16.8 石墨烯的自旋傳輸16.8.1 自旋閥16.8.2 自旋傳輸測量16.8.3 門有關(guān)的自旋進動測量16.9 石墨烯自旋三極管16.10 石墨烯自旋閥三極管16.11 石墨烯超快光電檢測器16.12 石墨烯器件集成16.13 石墨烯電路16.14 石墨烯的奇異特性參考文獻第17章 石墨烯的拓撲效應(yīng)17.1 發(fā)現(xiàn)與分類17.2 基本概念17.3 拓撲能帶理論17.3.1 絕緣態(tài)與整數(shù)量子霍爾效應(yīng)17.3.2 量子自旋霍爾絕緣體17.4 石墨烯原子結(jié)構(gòu)的拓撲特征17.4.1 Stone-Wales缺陷17.4.2 有絲分裂缺陷17.4.3 缺陷在環(huán)境中的穩(wěn)定性17.5 石墨烯拓撲絕緣體17.5.1 石墨烯中的拓撲保護17.5.2 石墨烯納米帶的拓撲特性17.5.3 石墨烯納米帶拓撲絕緣體特性17.6 石墨烯的陳數(shù)17.6.1 狄拉克費米子的拓撲穩(wěn)定性17.6.2 陳數(shù)表征的石墨烯霍爾電導(dǎo)17.6.3 石墨烯狄拉克費米子的邊態(tài)17.7 石墨烯的量子自旋霍爾效應(yīng)17.7.1 用NEGF計算多端QSH系統(tǒng)的自旋泵浦17.7.2 在2端TI/FM/TI器件中的局域和總電流17.7.3 在6端TI/FM/TI器件中局域和總電流17.8 石墨烯的強關(guān)聯(lián)效應(yīng)參考文獻第18章 碳納米管中的電子強關(guān)聯(lián)18.1 固體的量子統(tǒng)計模型18.2 軌道電子云18.3 量子調(diào)控18.4 在碳納米管中的電子-電子強作用18.5 碳納米管中的關(guān)聯(lián)效應(yīng)參考文獻第19章 碳電子學(xué)發(fā)展前景19.1 碳納米管傳感器19.1.1 碳納米管單電子管19.1.2 碳納米管氣體傳感器19.2 功能器件19.2.1 碳納米管太陽電池19.2.2 碳納米管冷卻器19.3 新型電子源與光電器件19.3.1 具有CNT電子源的微型SEM19.3.2 高能電子源19.3.3 光電器件19.4 智能電路19.4.1 智能器件的特征19.4.2 芯片人19.4.3 人造物種參考文獻

編輯推薦

　　《納米科學(xué)與技術(shù)：碳電子學(xué)基礎(chǔ)》將在總結(jié)過去研究工作的基礎(chǔ)上，集中探討硅電子器件下一代的材料——納電子器件中有關(guān)碳材料的問題，將突出低維碳納米材料的器件，討論碳和碳基材料成為未來電子學(xué)主流材料的可能性。第一代電子學(xué)的核心器件是具有信號放大能力的三極管，作為最基本的非線性元件，配以電阻、電容、電感等線性元件就可以構(gòu)成任何邏輯電路、運算電路和更復(fù)雜的綜合集成組件。因此討論碳電子學(xué)，將以低維碳材料構(gòu)成的器件為主線，介紹納米尺度碳材料的結(jié)構(gòu)，以及用其構(gòu)成的器件。

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