分类号： TP271 密 级：公 开UDC ： 单位代码： 10424学 位 论 文一 维 石 墨 烯 超 晶 格 结 构 的 电 子 带 隙 和 传输 性 质 的 研 究高营申请学位级别： 硕士学位 专业名称： 物理电子学指导教师姓名： 王世范 职 称： 教 授张会云 职 称： 副 教 授山 东 科 技 大 学二一二年六月论文题目：一 维 石 墨 烯 超 晶 格 结 构 的 电 子 带 隙 和 传 输性 质 的 研 究作者姓名 ： 高 营 入学时间 ： 2009 年 9 月专业名称 ： 物 理 电 子 学 研究方向 ： 光电子技术与器件指导教师： 王 世 范 职 称： 教 授张 会 云 职 称： 副 教 授论文提交日期： 2012 年 4 月论文答辩日期： 2012 年 6 月授予学位日期：THE STUDY OF ELECTRONIC BAND GAPS ANDTRANSPORT PROPERTIES IN ONE-DIMENSIONALGRAPHENE SUPERLATTICESA Dissertation submitted in fulfillment of the requirement of the degree ofMASTER OF PHILOSOPHYFromShandong University of Science and TechnologybyGao YingSupervisor： Professor Wang Shifan and Zhang HuiyunCollege of ScienceApril 2012声 明本 人 呈 交 给 山 东 科 技 大 学 的 这 篇 硕 士 论 文 ， 除 了 所 列 参 考 文 献 和 所 公 认 的文 献 外 ， 全 部 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 的 研 究 成果。 该 论 文 尚 未 呈 交 给 其 他 任 何学术机关做鉴定。研究生签名：日 期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation， submitted in fulfillment of the requirementsfor the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science andTechnology， is wholly my own work unless referenced of acknowledge. Thedocument has not been submitted for qualification at any other academicinstitute.Signature：Date山 东 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要石 墨 烯 由 于 具 有 独 特 的 晶 格 结 构 和 电 子 性 质 ， 比 如 量 子 化 电 阻 ， 量 子 霍 尔 效 应 为 半 整数 以 及 室 温 下 长 的 弹 道 平 均 自 由 程 等 ， 已 经 引 起 了 众 多 科 研 人 员 的 关 注 。 化 学 掺 杂 的 可 能性 和 极 高 的 载 流 子 迁 移 率 使 其 具 有 了 成 为 新 型 电 子 器 件 结 构 单 元 的 潜 力 。 由 于 在 密 排 金 属晶 格 上 外 延 生 长 的 石 墨 烯 ， 周 期 性 超 结 构 非 常 均 匀 ， 更 重 要 的 是 它 在 高 温 下 也 很 稳 定 ， 这些 因 素 使 得 单 层 石 墨 烯 成 为 纳 米 结 构 工 程 中 良 好 的 候 选 模 板 。 在 石 墨 烯 衬 底 上 ， 可 以 生 长单 分 散 的 有 序 的 纳 米 金 属 结 构 。 这 在 超 高 密 度 的 信 息 存 储 ， 传 感 ， 催 化 作 用 等 方 面 具 有 重要 的 应 用 前 景 。本 文 第 一 章 介 绍 了 石 墨 烯 的 发 现 、 制 备 方 法 及 特 性 ， 并 对 石 墨 烯 在 纳 米 电 子 器 件 材 料 、传 感 器 、 纳 米 聚 合 物 ， 储 氢 材 料 等 领 域 的 应 用 和 发 展 前 景 做 了 概 括 。第 二 章 从 狄 拉 克 方 程 出 发 ， 对 一 维 石 墨 烯 超 晶 格 结 构 的 特 征 矩 阵 进 行 了 理 论 推 导 。 该理 论 计 算 量 小 ， 精 确 度 高 ， 可 以 用 来 计 算 石 墨 烯 的 带 隙 特 性 。第 三 章 利 用 传 输 矩 阵 方 法 分 别 对 含 单 缺 陷 和 多 缺 陷 层 的 其 电 子 带 隙 和 传 输 性 质 做 了模 拟 计 算 研 究 。 研 究 发 现 ， 在 零 波 数 带 隙 中 存 在 不 寻 常 的 隧 穿 态 ， 该 隧 穿 态 可 以 通 过 改 变缺 陷 层 的 厚 度 来 调 谐 并 且 不 影 响 电 子 带 隙 。第 四 章 通 过 构 造 分 形 结 构 ， 分 别 设 计 出 了 具 有 单 个 缺 陷 模 式 和 多 个 缺 陷 模 式 的 电 子 滤波 器 。 另 外 ， 通 过 调 节 缺 陷 层 的 结 构 参 数 实 现 了 对 缺 陷 态 的 能 量 ， 能 量 间 隔 以 及 数 目 的 调谐 。关键词：石墨烯，电子带隙，多通道，分形结构1一 维 石 墨 烯 超 晶 格 结 构 的 电 子 带 隙 和 传 输 性 质 的 研 究ABSTRACTGraphene has attracted attention of many theoretical and experimental researchers, due to itsunique lattice structure and electronic properties, such as the quantum of resistance, the halfinteger quantum Hall effect, as well as long ballistic mean-free path at room temperature . Withthe possibility of chemical doping and high carrier mobility, it has the potential to become a newstructural unit of the future electronic devices. The periodical super-structure of graphene whichgrows epitaxially on the close-packed metal lattice, is very uniform, more importantly, it is alsovery stable at high temperature. The above factors make graphene a good candidate template innanostructure. On the substrate of graphene, monodisperse ordered nano-metal structure cangrow. It has a very large application in the field of ultra-high density information storage,sensing, catalysis, etc. .The first chapter describes the discovery of graphene, the preparation method andcharacteristics. Whats more, the application and development prospects of graphene in thefield of materials, nano-electronic devices, sensors, nano-polymers, and hydrogen storagematerials are summarized.The second chapter introduces briefly the analysis methods of graphene superlattice-based ,and does the derivation of the characteristic matrix of the one-dimensional graphenesuperlattice structure theoretically. Then, using of the method, we calculates electronicband gap and transport properties.The third chapter study the potential application of the transmission band gap existing in thegraphene superlattice structure. It is found that such structure with defect layer possess anunusual tunneling state occurring inside the forbidden gap, and the tunneling state can bemodulated by changing the width of the defect layer. It is found that unusual tunneling statesexist in the zero wave number band gap. The tunneling states can be tuned by changing thethickness of defect layer and does not affect the electronic band gap.The fourth chapter designs electronic filters with a single defect mode and multiple-defectmodes by constructing a fractal structure. In addition, by constructing the fractal structure, wecan tune the energy, the energy interval and the number of the defect states by changing thestructural parameters of the defect layer.Keywords: graphene, electronic band gap, transmission matrix, electronic filter2山 东 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文目 录第 1 章 绪论 . 21.1 石 墨 烯 简 介 .