基本介绍
内容简介
《碳电子学基础》适合信息、物理、化学、材料等学科的大学本科生、研究生及相关科技人员、教学人员阅读参考。
作者简介
薛增泉，教授、博士生导师。1963年毕业于北京大学无线电电子学系，后留校任教，先后从事真空电子学，阴极电子学，表面科学，薄膜电子学，光电功能薄膜，纳电子学，分子电子学等教学和研究工作。1987~1989年在美国宾夕法尼亚大学物理系作访问学者，从事扫描探针显微镜和场发射的研究工作。曾先后被聘任为国家纳米科学技术指导协调委员会第二、第三届委员，国家自然科学基金委信息科学部、国家科技部“973”计画材料领域专家谘询组、国家科技部重大科学计画纳米研究组专家。出版着作有《薄膜物理》《电子发射与电子能谱》《热力学与统计物理》《纳米科技探索》《纳米电子学》《分子电子学》和《纳米科技基础》等。
图书目录
《纳米科学与技术》丛书序
自序
前言
第0章 绪论
0.1科技发展的机遇
0.2纳电子学
0.2.1三代电子器件
0.2.2纳电子器件的主要特徵
0.2.3放大电信号的基本元件
0.2.4从碳切入研究纳电子器件
0.3摩尔定律之外
0.3.1摩尔定律
0.3.2量子调控
0.4NBIC会聚技术
0.5碳时代
参考文献
第1章 碳元素材料
1.1碳的轨道杂化
1.2碳的异构体
1.2.1石墨与金刚石
1.2.2碳纤维
1.2.3富勒烯
1.2.4碳纳米管
1.2.5石墨烯
参考文献
第2章 C60与巴基葱
2.1C60
2.2巴基葱
2.2.1巴基葱的製备
2.2.2巴基葱的电学特性
2.3富勒烯场效应三极体物理
2.3.1分子的隧穿传输
2.3.2分子通道的传输速率
2.3.3压缩C60时的能级排斥
2.3.4机电单分子三极体
2.4C60单电子管
2.5单电子管电路
2.6C70複合物三极体与电路
2.6.1[70]PCBM三极体的电荷传输
2.6.2基于[70]PCBM三极体的逻辑电路
2.7碳纳米管填充富勒烯
2.8C60/并五苯倒相器
2.8.1底接触双极性OTFT
2.8.2C60/苯异质结构的底接触倒相器
2.9C60複合物三极体
2.9.1C60-三聚氰胺功能材料製备
2.9.2三聚氰胺膜的结构和介电特性
2.9.3小分子三极体的传输和输出特性
参考文献
第3章 碳纳米管制造
3.1电弧放电法
3.2雷射蒸发法
3.3化学气相沉积法
参考文献
第4章 碳纳米管的原子结构
4.1碳纳米管结构的分类
4.1.1手性矢量Ch
4.1.2平移矢量T
4.1.3对称矢量R
4.2单胞与布里渊区
参考文献
第5章 碳纳米管的电子结构
5.1单电子色散关係
5.1.1能量色散关係的区域重叠
5.1.2扶手椅型管和锯齿型管的能散
5.1.3手性纳米管的色散
5.2态密度和能隙
5.3派尔斯相变
参考文献
第6章 理想的纳电子材料
6.1碳纳米管的电学特性
6.1.1场发射器件
6.1.2纳电子器件
6.2未来的主流电子材料
6.3碳管的电导率和迁移率
参考文献
第7章 碳纳米管的传输特性
7.1在一维体系中的电子输运
7.2三种传输特徵
7.3弹道导体
7.4经典输运
7.5局域化
7.6普适电导涨落
7.7碳纳米管的电子传输
7.8碳纳米管电导与温度的关係
参考文献
第8章 碳纳米管中电子的弹道输运
8.1纳米尺度弹道输运的概念
8.2共振传输
8.3碳纳米管的弹道输运
8.4碳纳米管超导特性
8.5尺寸对超导特性的影响
8.5.11D电子体系中的相变
8.5.2 Luttinger液体崩溃
8.5.3超出Luttinger模型
8.6单壁碳纳米管的超导
8.7碳纳米管的超导近邻效应
8.8单壁碳纳米管的超流
8.9多壁碳纳米管的超流
参考文献
第9章 碳纳米管的自旋传输和微波传输
9.1碳纳米管自旋传输
9.2碳纳米管微波传输
参考文献
第10章 电子全息
10.1全息的概念
10.1.1光学全息
10.1.2雷射
10.1.3全息基础
10.2全息的发展进程
10.3电子全息
参考文献
第11章 碳纳米管场发射
11.1场发射电子源
11.2碳纳米管场发射阴极
11.2.1单根碳纳米管的场发射
11.2.2碳纳米管薄膜场发射
11.2.3场发射引起的发光
11.3碳纳米管的相干场发射
11.3.1单壁碳纳米管的扩散场发射
11.3.2碳纳米管相干场发射
11.4碳纳米管场发射模拟计算
11.4.1结构与模型
11.4.2用密度泛函计算场发射特性
11.5吸附对场发射的影响
11.5.1荷电的影响
11.5.2吸附的影响
11.6碳纳米管场发射的原子像
11.7碳纳米管场发射的稳定问题
参考文献
第12章 弹道电子发射
12.1弹道电子发射源
12.2弹道电子场发射理论
12.3单壁碳纳米管弹道场发射
12.4相干电子束特性检测仪
12.4.1LEEPSM的工作原理
12.4.2低能电子点投影显微镜的结构
12.4.3纳米尺度物体投影像的定标
12.4.4用钨针尖观察多壁碳纳米管投影像
12.5超强高亮度相干电子发射源
12.6Beeser的可能套用
参考文献
第13章 碳纳米管三极体
13.1纳电子器件的基本概念
13.1.1信号放大管
13.1.2双稳态
13.1.3库侖阻塞
13.1.4量子相干器
13.2碳纳米管三极体模型
13.2.1量子模型
13.2.2测量
13.3碳纳米管场效应管
13.4碳纳米管超流三极体
13.5碳纳米管单电子管
13.6可调碳纳米管振荡器
13.7碳纳米管超导量子相干器件
13.7.1电子传输特性和Kondo效应
13.7.2CNT-SQUID特性
13.7.3CNT π结
参考文献
第14章 三极体的双极特性
14.1场效应管的双极特性
14.2理论模拟
14.3主要参量
14.3.1电导率
14.3.2阈值斜率
14.3.3开态电流
14.3.4跨导
14.4双极性三极体电路
14.4.1p型FET用Pd欧姆接触
14.4.2n型FET与Al电极近欧姆接触
14.4.3环境的影响
14.4.4逻辑电路
14.5碳纳米管CMOS倒相器
14.6双极性碳纳米管逻辑电路
参考文献
第15章 碳纳米管电路
15.1碳纳米管电路设计
15.1.1电流模式
15.1.2碳纳米管
15.1.3基本组块
15.1.4阈值检测器
15.1.5加法器
15.2纳米尺度电路连线
15.3碳纳米管电路匹配
15.3.1弹道CNT-FET
15.3.2弹道CNT-FET的理论
15.3.3量子电荷计算
15.3.4CNT-FET特性
15.4碳纳米管的连线
15.4.1碳纳米结的构成
15.4.2两个纳米管的连线规则
15.4.3结的隧穿电导
15.5碳纳米管逻辑电路
15.6碳纳米管积体电路
15.6.1单三极体模型
15.6.2电路运行中的寄生作用
15.7碳纳米管弹道CMOS电路
15.8CNT的高频电路
15.9碳纳米管网电路
15.9.1CNT网的製备
15.9.2沉积
15.9.3场效应三极体製备
参考文献
第16章 石墨烯
16.1石墨烯的发现
16.2石墨烯的结构与特性
16.3石墨烯三极体
16.4双层石墨烯电子器件
16.5石墨烯纳米带三极体
16.5.1理想结构
16.5.2原子空位
16.5.3边缘粗糙
16.5.4离子杂质
16.6石墨烯单电子管
16.7石墨烯高频三极体
16.8石墨烯的自旋传输
16.8.1自旋阀
16.8.2自旋传输测量
16.8.3门有关的自旋进动测量
16.9石墨烯自旋三极体
16.10石墨烯自旋阀三极体
16.11石墨烯超快光电检测器
16.12石墨烯器件集成
16.13石墨烯电路
16.14石墨烯的奇异特性
参考文献
第17章 石墨烯的拓扑效应
17.1发现与分类
17.2基本概念
17.3拓扑能带理论
17.3.1绝缘态与整数量子霍尔效应
17.3.2量子自旋霍尔绝缘体
17.4石墨烯原子结构的拓扑特徵
17.4.1Stone-Wales缺陷
17.4.2有丝分裂缺陷
17.4.3缺陷在环境中的稳定性
17.5石墨烯拓扑绝缘体
17.5.1石墨烯中的拓扑保护
17.5.2石墨烯纳米带的拓扑特性
17.5.3石墨烯纳米带拓扑绝缘体特性
17.6石墨烯的陈数
17.6.1狄拉克费米子的拓扑稳定性
17.6.2陈数表征的石墨烯霍尔电导
17.6.3石墨烯狄拉克费米子的边态
17.7石墨烯的量子自旋霍尔效应
17.7.1用NEGF计算多端QSH系统的自旋泵浦
17.7.2在2端TI/FM/TI器件中的局域和总电流
17.7.3在6端TI/FM/TI器件中局域和总电流
17.8石墨烯的强关联效应
参考文献
第18章 碳纳米管中的电子强关联
18.1固体的量子统计模型
18.2轨道电子云
18.3量子调控
18.4在碳纳米管中的电子-电子强作用
18.5碳纳米管中的关联效应
参考文献
第19章 碳电子学发展前景
19.1碳纳米管感测器
19.1.1碳纳米管单电子管
19.1.2碳纳米管气体感测器
19.2功能器件
19.2.1碳纳米管太阳电池
19.2.2碳纳米管冷却器
19.3新型电子源与光电器件
19.3.1具有CNT电子源的微型SEM
19.3.2高能电子源
19.3.3光电器件
19.4智慧型电路
19.4.1智慧型器件的特徵
19.4.2晶片人
19.4.3人造物种
参考文献
自序
前言
第0章 绪论
0.1科技发展的机遇
0.2纳电子学
0.2.1三代电子器件
0.2.2纳电子器件的主要特徵
0.2.3放大电信号的基本元件
0.2.4从碳切入研究纳电子器件
0.3摩尔定律之外
0.3.1摩尔定律
0.3.2量子调控
0.4NBIC会聚技术
0.5碳时代
参考文献
第1章 碳元素材料
1.1碳的轨道杂化
1.2碳的异构体
1.2.1石墨与金刚石
1.2.2碳纤维
1.2.3富勒烯
1.2.4碳纳米管
1.2.5石墨烯
参考文献
第2章 C60与巴基葱
2.1C60
2.2巴基葱
2.2.1巴基葱的製备
2.2.2巴基葱的电学特性
2.3富勒烯场效应三极体物理
2.3.1分子的隧穿传输
2.3.2分子通道的传输速率
2.3.3压缩C60时的能级排斥
2.3.4机电单分子三极体
2.4C60单电子管
2.5单电子管电路
2.6C70複合物三极体与电路
2.6.1[70]PCBM三极体的电荷传输
2.6.2基于[70]PCBM三极体的逻辑电路
2.7碳纳米管填充富勒烯
2.8C60/并五苯倒相器
2.8.1底接触双极性OTFT
2.8.2C60/苯异质结构的底接触倒相器
2.9C60複合物三极体
2.9.1C60-三聚氰胺功能材料製备
2.9.2三聚氰胺膜的结构和介电特性
2.9.3小分子三极体的传输和输出特性
参考文献
第3章 碳纳米管制造
3.1电弧放电法
3.2雷射蒸发法
3.3化学气相沉积法
参考文献
第4章 碳纳米管的原子结构
4.1碳纳米管结构的分类
4.1.1手性矢量Ch
4.1.2平移矢量T
4.1.3对称矢量R
4.2单胞与布里渊区
参考文献
第5章 碳纳米管的电子结构
5.1单电子色散关係
5.1.1能量色散关係的区域重叠
5.1.2扶手椅型管和锯齿型管的能散
5.1.3手性纳米管的色散
5.2态密度和能隙
5.3派尔斯相变
参考文献
第6章 理想的纳电子材料
6.1碳纳米管的电学特性
6.1.1场发射器件
6.1.2纳电子器件
6.2未来的主流电子材料
6.3碳管的电导率和迁移率
参考文献
第7章 碳纳米管的传输特性
7.1在一维体系中的电子输运
7.2三种传输特徵
7.3弹道导体
7.4经典输运
7.5局域化
7.6普适电导涨落
7.7碳纳米管的电子传输
7.8碳纳米管电导与温度的关係
参考文献
第8章 碳纳米管中电子的弹道输运
8.1纳米尺度弹道输运的概念
8.2共振传输
8.3碳纳米管的弹道输运
8.4碳纳米管超导特性
8.5尺寸对超导特性的影响
8.5.11D电子体系中的相变
8.5.2 Luttinger液体崩溃
8.5.3超出Luttinger模型
8.6单壁碳纳米管的超导
8.7碳纳米管的超导近邻效应
8.8单壁碳纳米管的超流
8.9多壁碳纳米管的超流
参考文献
第9章 碳纳米管的自旋传输和微波传输
9.1碳纳米管自旋传输
9.2碳纳米管微波传输
参考文献
第10章 电子全息
10.1全息的概念
10.1.1光学全息
10.1.2雷射
10.1.3全息基础
10.2全息的发展进程
10.3电子全息
参考文献
第11章 碳纳米管场发射
11.1场发射电子源
11.2碳纳米管场发射阴极
11.2.1单根碳纳米管的场发射
11.2.2碳纳米管薄膜场发射
11.2.3场发射引起的发光
11.3碳纳米管的相干场发射
11.3.1单壁碳纳米管的扩散场发射
11.3.2碳纳米管相干场发射
11.4碳纳米管场发射模拟计算
11.4.1结构与模型
11.4.2用密度泛函计算场发射特性
11.5吸附对场发射的影响
11.5.1荷电的影响
11.5.2吸附的影响
11.6碳纳米管场发射的原子像
11.7碳纳米管场发射的稳定问题
参考文献
第12章 弹道电子发射
12.1弹道电子发射源
12.2弹道电子场发射理论
12.3单壁碳纳米管弹道场发射
12.4相干电子束特性检测仪
12.4.1LEEPSM的工作原理
12.4.2低能电子点投影显微镜的结构
12.4.3纳米尺度物体投影像的定标
12.4.4用钨针尖观察多壁碳纳米管投影像
12.5超强高亮度相干电子发射源
12.6Beeser的可能套用
参考文献
第13章 碳纳米管三极体
13.1纳电子器件的基本概念
13.1.1信号放大管
13.1.2双稳态
13.1.3库侖阻塞
13.1.4量子相干器
13.2碳纳米管三极体模型
13.2.1量子模型
13.2.2测量
13.3碳纳米管场效应管
13.4碳纳米管超流三极体
13.5碳纳米管单电子管
13.6可调碳纳米管振荡器
13.7碳纳米管超导量子相干器件
13.7.1电子传输特性和Kondo效应
13.7.2CNT-SQUID特性
13.7.3CNT π结
参考文献
第14章 三极体的双极特性
14.1场效应管的双极特性
14.2理论模拟
14.3主要参量
14.3.1电导率
14.3.2阈值斜率
14.3.3开态电流
14.3.4跨导
14.4双极性三极体电路
14.4.1p型FET用Pd欧姆接触
14.4.2n型FET与Al电极近欧姆接触
14.4.3环境的影响
14.4.4逻辑电路
14.5碳纳米管CMOS倒相器
14.6双极性碳纳米管逻辑电路
参考文献
第15章 碳纳米管电路
15.1碳纳米管电路设计
15.1.1电流模式
15.1.2碳纳米管
15.1.3基本组块
15.1.4阈值检测器
15.1.5加法器
15.2纳米尺度电路连线
15.3碳纳米管电路匹配
15.3.1弹道CNT-FET
15.3.2弹道CNT-FET的理论
15.3.3量子电荷计算
15.3.4CNT-FET特性
15.4碳纳米管的连线
15.4.1碳纳米结的构成
15.4.2两个纳米管的连线规则
15.4.3结的隧穿电导
15.5碳纳米管逻辑电路
15.6碳纳米管积体电路
15.6.1单三极体模型
15.6.2电路运行中的寄生作用
15.7碳纳米管弹道CMOS电路
15.8CNT的高频电路
15.9碳纳米管网电路
15.9.1CNT网的製备
15.9.2沉积
15.9.3场效应三极体製备
参考文献
第16章 石墨烯
16.1石墨烯的发现
16.2石墨烯的结构与特性
16.3石墨烯三极体
16.4双层石墨烯电子器件
16.5石墨烯纳米带三极体
16.5.1理想结构
16.5.2原子空位
16.5.3边缘粗糙
16.5.4离子杂质
16.6石墨烯单电子管
16.7石墨烯高频三极体
16.8石墨烯的自旋传输
16.8.1自旋阀
16.8.2自旋传输测量
16.8.3门有关的自旋进动测量
16.9石墨烯自旋三极体
16.10石墨烯自旋阀三极体
16.11石墨烯超快光电检测器
16.12石墨烯器件集成
16.13石墨烯电路
16.14石墨烯的奇异特性
参考文献
第17章 石墨烯的拓扑效应
17.1发现与分类
17.2基本概念
17.3拓扑能带理论
17.3.1绝缘态与整数量子霍尔效应
17.3.2量子自旋霍尔绝缘体
17.4石墨烯原子结构的拓扑特徵
17.4.1Stone-Wales缺陷
17.4.2有丝分裂缺陷
17.4.3缺陷在环境中的稳定性
17.5石墨烯拓扑绝缘体
17.5.1石墨烯中的拓扑保护
17.5.2石墨烯纳米带的拓扑特性
17.5.3石墨烯纳米带拓扑绝缘体特性
17.6石墨烯的陈数
17.6.1狄拉克费米子的拓扑稳定性
17.6.2陈数表征的石墨烯霍尔电导
17.6.3石墨烯狄拉克费米子的边态
17.7石墨烯的量子自旋霍尔效应
17.7.1用NEGF计算多端QSH系统的自旋泵浦
17.7.2在2端TI/FM/TI器件中的局域和总电流
17.7.3在6端TI/FM/TI器件中局域和总电流
17.8石墨烯的强关联效应
参考文献
第18章 碳纳米管中的电子强关联
18.1固体的量子统计模型
18.2轨道电子云
18.3量子调控
18.4在碳纳米管中的电子-电子强作用
18.5碳纳米管中的关联效应
参考文献
第19章 碳电子学发展前景
19.1碳纳米管感测器
19.1.1碳纳米管单电子管
19.1.2碳纳米管气体感测器
19.2功能器件
19.2.1碳纳米管太阳电池
19.2.2碳纳米管冷却器
19.3新型电子源与光电器件
19.3.1具有CNT电子源的微型SEM
19.3.2高能电子源
19.3.3光电器件
19.4智慧型电路
19.4.1智慧型器件的特徵
19.4.2晶片人
19.4.3人造物种
参考文献
