一种基于硼氮原子链的负微分电阻原子尺度纳米器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于负微分电阻原子尺度纳米器件，具体涉及一种基于硼氮原子链的负微 分电阻原子尺度纳米器件。
【背景技术】
[0002] 传统电子器件朝着"更小（生产工艺更先进），更快（反应速度快）和更冷（发热 小、功耗低）"的微型化趋势发展，越来越接近于分子甚至原子尺度，纳米电子器件的研究已 引起世界范围内的广泛关注。例如，澳大利亚新南威尔士大学MichelleY.Simmons课题 组研究发现，单个磷原子在一定条件下就可以表现出晶体管特性（MartinFuechsle,Jill A.Miwa,SuddhasattaMahapatra,etal. ,Asingle-atomtransistor[J].Nature Nanotech. 2012, 7:242-246)〇
[0003] 研究发现，一些原子链结构可以表现出一些奇特的现象，甚至在纳米电子器件 领域具有一些潜在应用价值。例如，新加坡国立大学γ.P.Feng课题组构造了石墨烯电 极-碳链-石墨烯电极的纳米结结构，并采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方 法研究了碳原子链的自旋输运行为，发现其表现出完美的自旋过滤效应，可作为自旋阀 器件(M.G.Zeng,L.Shen,Y.Q.Cai,etal. ,Perfectspin-filterandspin-valvein carbonatomicchains[J].Appl.Phys.Lett. ,2010,96:042104)。法国史特拉斯堡大 学FlorianBanhart课题组通过从石墨稀纳米带上拆解出来一条碳原子链，并首次测量 了单个碳原子链的电子输运性质（OvidiuCretu，Andr6sR.Botello_Mendez，Izabela Janowska,etal. ,ElectricalTransportMeasuredinAtomicCarbonChains[J]. NanoLett.，2013, 13:3487-3493)。2014 年，日本高级工业科学技术研究所OvidiuCretu 课题组通过电子束在透射式电子显微镜中从硼氮片分解得到了单个硼氮原子链（Ovidiu Cretu,Hannu-PekkaKomas, 0ssiLehtinen,etal. ,ExperimentalObservationofBoron NitrideChains[J]. 2014, 8:11950-11957)。然而，对于这种单个硼氮原子链的一些电学性 质及在纳米电子器件方面的应用还尚未有相关报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供了一种基于硼氮原子链（BNchains)的负微分电阻原子尺度 纳米器件，通过设计硼氮原子链中硼氮两种原子的个数来调控其电学性质，进而得到具有 不同功能特性的纳米电子器件。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：本发明构造了硼氮石墨烯电极-硼氮原子链-硼 氮石墨稀电极的两电极器件结构。通过使用VirtualNanoLab-AtomistixToolKit工具， 利用非平衡格林函数方法和Landauer-BUttiker公式对硼氮原子链的电子输运特性进行 了石开究(M.Brandbyge,J.L.Mozos,P.Ordejon,etal. ,Density-functionalmethodfor nonequilibriumelectrontransport[J].Phys.Rev.B, 2002, 65:165401.AnYipeng,Wang Kedong,YangZhongqin,etal. ,Negativedifferentialresistanceandrectification effectsinstep-likegraphenenanoribbons[J]·Org.Electron.，2015, 17:262-269)〇通 过对其电学性质的模拟计算，揭示该硼氮原子链的电子输运物理机制，并为设计和实现具 有优良性能的基于硼氮原子链的负微分电阻纳米器件提供了理论依据。
[0006] 本发明所述的的基于硼氮原子链的负微分电阻原子尺度纳米器件由左电极、右电 极及左电极和右电极之间的硼氮原子链构成，其中左电极和右电极分别为锯齿型硼氮石墨 烯纳米条带，硼氮原子链根据硼原子和氮原子个数不同分为以下三类BnNn+1、BnNnJPBnNn， 硼氮原子链中硼原子与氮原子交替连接并且该硼氮原子链的两端分别连接左电极和右电 极。
[0007] 进一步限定，所述的硼氮原子链BnNn+1、BnNni或BnNn中η为3、4、5或6。
[0008] 本发明通过调控硼氮原子链中硼氮原子个数来实现不同的电子输运性质，得到不 同的负微分电阻行为，可作为负微分电阻原子尺度纳米器件的候选材料。
【附图说明】
[0009] 图1是三类硼氮原子链的两电极器件结构图，图1中1和3分别为左电极和右电 极，2为中间散射区（由硼氮原子链和部分电极组成）；
[0010] 图2是ΒηΝη+1型硼氮原子链负微分电阻原子尺度纳米器件的伏安特性曲线；
[0011] 图3是ΒηΝη+1型硼氮原子链负微分电阻原子尺度纳米器件在0.IV和1. 0V时的电 子透射率曲线；
[0012] 图4是BnNni型硼氮原子链负微分电阻原子尺度纳米器件的伏安特性曲线；
[0013] 图5是BnNni型硼氮原子链负微分电阻原子尺度纳米器件在0. 1V、0. 3V、0. 6V和 1. 0V时的电子透射率曲线；
[0014] 图6是ΒηΝη型硼氮原子链负微分电阻原子尺度纳米器件的伏安特性曲线。
【具体实施方式】
[0015] 结合附图详细描述本发明的具体内容。基于硼氮原子链的负微分电阻纳米器件由 左电极、右电极和中间硼氮原子链三部分构成，其中左电极和右电极分别为锯齿型硼氮石 墨烯纳米条带，而中间硼氮原子链根据硼原子和氮原子个数不同分为三类，即BnNn+1、BnNni 和BnNn，如图1所示。此类纳米器件电子输运性质的计算，包括电导，电流-电压曲线可按 照如下步骤完成：
[0016] -、根据Landauer公式，通过硼氮原子链的电子的透射率为：
[0017] T(E,Vb) =Tr[rL(E)GR(E)rR(E)GA(E)]
[0018] 其中，GR(E)和GA(E)为中间散社区（包含部分电极层和硼氮原子链，如图1所示） 的延迟和超前格林函数，1\和ΓR为左右电极的展宽函数。
[0019] 二、当在左右电极施加偏压时，通过硼氮原子链的电流可