纳米科学与技术 碳纳米管与石墨烯器件物理

第1章 碳纳米管概论 1

1.1 简介 1

1.2 碳管的曲折发展简史 3

1.3 碳纳米管的合成 11

1.3.1 化学气相沉积法 12

1.3.2 电弧法 13

1.3.3 激光烧蚀法 14

1.4 表征技术 14

1.5 非碳纳米管 15

第2章 固体中的电子：基本介绍 17

2.1 简介 17

2.2 固体中电子的量子力学 17

2.3 真空中的电子 19

2.4 有限空间固体中的电子 20

2.5 具有周期性结构的固体中的电子：Kronig-Penney模型 23

2.6 从Kronig-Penney模型中获得的重要观点 26

2.7 固体中的基本晶体结构 28

2.8 布拉维晶格 29

2.8.1 原胞基矢 31

2.8.2 基元晶胞 33

2.9 倒易晶格 34

2.9.1 倒易晶格的一些特性 36

2.9.2 第一布里渊区 36

2.9.3 一个例子：六方晶格 36

2.10 小结 37

2.11 习题集 37

第3章 石墨烯 41

3.1 简介 41

3.2 正格子 43

3.3 倒易晶格 44

3.4 电子能带结构 45

3.5 紧束缚能级色散 47

3.6 线性能量色散和载流子密度 54

3.7 石墨烯纳米带 57

3.8 小结 59

3.9 习题集 60

第4章 碳纳米管 62

4.1 简介 62

4.2 手性：描述纳米管的重要概念 63

4.3 碳纳米管晶格 65

4.4 碳纳米管布里渊区 70

4.5 对布里渊区的一般认识 73

4.6 手性纳米管的紧束缚色散 75

4.7 扶手椅型纳米管的能带结构 77

4.8 之字型纳米管的能带结构及其带隙的来源 79

4.9 紧束缚方法的局限性 81

4.10 小结 83

4.11 习题集 84

第5章 碳纳米管的平衡态性质 87

5.1 简介 87

5.2 一维自由电子态密度 87

5.3 之字型纳米管的态密度 89

5.4 扶手椅型纳米管的态密度 94

5.5 手性纳米管的态密度以及半导体性碳纳米管的一般态密度 96

5.6 群速率 99

5.7 有效质量 100

5.8 载流子密度 101

5.9 小结 106

5.10 习题集 107

第6章 理想量子电学性质 109

6.1 简介 109

6.2 量子电导 110

6.3 多壁碳纳米管的量子电导 114

6.4 量子电容 118

6.5 石墨烯的量子电容 120

6.6 金属性碳纳米管的量子电容 122

6.7 半导体性碳纳米管的量子电容 122

6.8 碳纳米管量子电容的实验验证 124

6.9 金属性碳纳米管中的动能电感 126

6.10 从普朗克到量子电导：以能量为基础来推导传导性质 128

6.11 小结 129

6.12 习题集 130

第7章 碳纳米管互连 132

7.1 简介 132

7.2 电子散射和晶格振动 132

7.3 电子平均自由程 137

7.4 单壁碳纳米管低场电阻模型 141

7.5 单壁碳纳米管高场电阻模型和电流密度 144

7.6 多壁碳纳米管电阻模型 146

7.7 传输线互连模型 147

7.8 无损碳纳米管传输线模型 152

7.9 有损碳纳米管传输线模型 153

7.10 碳纳米管和铜互连之间的性能比较 154

7.11 小结 156

7.12 习题集 157

第8章 碳纳米管场效应晶体管 160

8.1 简介 160

8.2 CNFETs器件结构 161

8.3 表面势 164

8.4 欧姆接触CNFETs的弹道输运理论 168

8.5 包含漏电极光学声子散射的CNFETs弹道性理论 173

8.6 弹道性CNFETs的性能参数 175

8.7 量子CNFETs 177

8.8 肖特基势垒弹道性CNFETs 179

8.9 单极性CNFETs 187

8.10 传统二维金属－氧化物－半导体场效应晶体管和弹道性一维晶体管之间的区别 188

8.11 小结 190

8.12 习题集 191

第9章 碳纳米管应用 195

9.1 简介 195

9.2 化学和生物传感器 196

9.3 扫描探针显微镜针尖 198

9.4 纳米电机械系统 199

9.5 电子场发射 200

9.6 柔性基底上的集成电子学 201

9.7 储氢材料 203

9.8 复合材料 204

参考文献 206

索引 210