본 논문에서는 그래핀의 우수한 전기적 기계적 특성을 이용하여 정전기 인력에 의하여 휘어지는 그래핀이 수직 팁 게이트에 접촉 여부에 따라서 스위칭이 이루어지도록 조절할 수 있는 3단자 그래핀 NEMS 스위칭 소자에 대하여 연구하였다. 전형적인 MEMS 제작 공정을 이용하여 3단가 그래핀 NEMS 스위칭 소자 제작을 위한 공정을 설계하였고, 그 동작의 핵심 역학은 그래핀에 작용하는 정전기력과 그래핀 자체의 탄성력에 의하여 스우칭의 기계적인 동작이 설명될 수 있었다. 전기적인 동작에서는 그래핀과 핀 전극 사이의 접촉에 의한 접촉 전류와 그래핀이 전극에 접촉하지 않았음에도 그래핀과 핀 전극 사이의 강한 전기장으로 인한 방출전류가 흐를 수 있을 것으로 예상되었다. 실제 기계적인 동작에서 원자단위에서의 움직임을 분석하기 위하여 분자동력학 시뮬레이션 방법을 사용하여 수직 팁 게이트를 가지는 그래핀 기반 3단자 NEMS 스위치 동작에 관하여 연구하여, 기계적인 동작에 따라서 발생되는 다양한 현상들을 분자동력학 시뮬레이션을 통하여 연구함으로써 원자단위에서 이루어지는 다양한 역학들을 살펴보았다.
Peierls instability and spin ordering of zigzag graphene nanoribbons (GNR) created on a fully hydrogenated graphene (graphane) are investigated as a function of their width using first-principles density-functional calculations within the generalized-gradient approximation. For the width containing a single zigzag C chain (N=1), we find the presence of a Peierls instability with a bond alternated structure. However, for width greater than N=1, the Peierls distortion is weakened or disappears because of the incommensurate feature of Fermi surface nesting due to the interaction of C chains. Instead, there exists the antiferromagnetic (AFM) spin ordering in which the edge states are ferromagnetically ordered but the two ferromagnetic (FM) edges are antiferromagnetically coupled with each other, showing that electron-lattice coupling and spin ordering in GNR are delicately competing at an extremely thin width of N=2. It is found that, as the width of GNR increases, the energy gain arising from spin ordering is enhanced, but the energy difference between the AFM and FM (where two edge states are ferromagnetically coupled with each other) orderings decreases.
K.L. Wong;M.W. Chuan;A. Hamzah;S. Rusli;N.E. Alias;S.M. Sultan;C.S. Lim;M.L.P. Tan
Advances in nano research
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제17권2호
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pp.137-147
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2024
Graphene nanoribbons (GNRs) are considered a promising alternative to graphene for future nanoelectronic applications. However, GNRs-based device modeling is still at an early stage. This research models the electronic properties of n-doped rough-edged 13-armchair graphene nanoribbons (13-AGNRs) and quantum transport properties of n-doped rough-edged 13-armchair graphene nanoribbon field-effect transistors (13-AGNRFETs) at different doping concentrations. Step-up and edge doping are used to incorporate doping within the nanostructure. The numerical real-space nearest-neighbour tight-binding (NNTB) method constructs the Hamiltonian operator matrix, which computes electronic properties, including the sub-band structure and bandgap. Quantum transport properties are subsequently computed using the self-consistent solution of the two-dimensional Poisson and Schrödinger equations within the non-equilibrium Green's function method. The finite difference method solves the Poisson equation, while the successive over-relaxation method speeds up the convergence process. Performance metrics of the device are then computed. The results show that highly doped, rough-edged 13-AGNRs exhibit a lower bandgap. Moreover, n-doped rough-edged 13-AGNRFETs with a channel of higher doping concentration have better gate control and are less affected by leakage current because they demonstrate a higher current ratio and lower off-current. Furthermore, highly n-doped rough-edged 13-AGNRFETs have better channel control and are less affected by the short channel effect due to the lower value of subthreshold swing and drain-induced barrier lowering. The inclusion of dopants enhances the on-current by introducing more charge carriers in the highly n-doped, rough-edged channel. This research highlights the importance of optimizing doping concentrations for enhancing GNRFET-based device performance, making them viable for applications in nanoelectronics.
First-principles investigations on the hybrid one dementional hexagonal hybrboron-nitride nano ribbons (BNNRs) with a armchair graphene nano-ribbons(AGRNRs), are presented. Electronics properties of the mixed armchair BNC nano-ribbon (BNCNRs) structure show control of a band gap on all cases at the special K-point. And we have studied, the band gap is direct in all cases. The band gap of mixed ABNCNRs could be divided into three groups (${\Delta}3p$, ${\Delta}3p+1$ and ${\Delta}3p+2$) and decrease with the increase of the width. Also these results show similar to the AGNRs case. Different from the band gap value ordering of AGNRs (${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+2$), the ordering of ABNCNRs is ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p+2$. The discrepancy may come from the differences between the edges of AGRNRs and the boundaries of hybrid BNCNRs. In addition, the bandgap of ABNCNRs are much smaller than those of the corresponding AGNRs. Our results show that the origin of band gap for BNCNRs with armchair shaped edges arises from both quantum confinement effect of the edges. These results similar to thecase of AGNRs. These properties of hybrid BN/C nano-ribbon structure may offer suitable bandgap to develop nnanoscale electronics and solar cell beyond individual GNRs and BNNRs.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권5호
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pp.615-624
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2014
In this paper, we explore the electrical properties and high-frequency performance of carbon nanotube field-effect transistors (CNTFETs), based on the non-equilibrium Green's functions (NEGF) solved self - consistently with Poisson's equations. The calculated results show that CNTFETs exhibit superior performance compared with graphene nanoribbon field-effect transistors (GNRFETs), such as better control ability of the gate on the channel, higher drive current with lower subthreshold leakage current, and lower subthreshold-swing (SS). Due to larger band-structure-limited velocity in CNTFETs, ballistic CNTFETs present better high-frequency performance limit than that of Si MOSFETs. The parameter effects of CNTFETs are also investigated. In addition, to enhance the immunity against short - channel effects (SCE), hetero - material - gate CNTFETs (HMG-CNTFETs) have been proposed, and we present a detailed numerical simulation to analyze the performances of scaling down, and conclude that HMG-CNTFETs can meet the ITRS'10 requirements better than CNTs.
Chuan, M.W.;Wong, Y.B.;Hamzah, A.;Alias, N.E.;Sultan, S. Mohamed;Lim, C.S.;Tan, M.L.P.
Advances in nano research
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제12권2호
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pp.213-221
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2022
Silicon carbide (SiC) is a binary carbon-silicon compound. In its two-dimensional form, monolayer SiC is composed of a monolayer carbon and silicon atoms constructed as a honeycomb lattice. SiC has recently been receiving increasing attention from researchers owing to its intriguing electronic properties. In this present work, SiC nanoribbons (SiCNRs) are modelled and simulated to obtain accurate electronic properties, which can further guide fabrication processes, through bandgap engineering. The primary objective of this work is to obtain the electronic properties of monolayer SiCNRs by applying numerical computation methods using nearest-neighbour tight-binding models. Hamiltonian operator discretization and approximation of plane wave are assumed for the models and simulation by applying the basis function. The computed electronic properties include the band structures and density of states of monolayer SiCNRs of varying width. Furthermore, the properties are compared with those of graphene nanoribbons. The bandgap of ASiCNR as a function of width are also benchmarked with published DFT-GW and DFT-GGA data. Our nearest neighbour tight-binding (NNTB) model predicted data closer to the calculations based on the standard DFT-GGA and underestimated the bandgap values projected from DFT-GW, which takes in account the exchange-correlation energy of many-body effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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