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第1章 碳基纳电子学和光电子学基本介绍 1

参考文献 6

第2章 量子力学基础及原子轨道、能级 8

2.1 量子力学基础 8

2.2 原子能级和轨道 10

2.3 狄拉克符号 16

参考文献 17

第3章 分子的结合、轨道相互作用与杂化 18

3.1 最简单的双原子分子——氢分子 18

3.2 基于s态的双原子分子 22

3.3 基于s和p态的双原子分子 27

3.4 s-p轨道相互作用 35

3.5 s-p轨道杂化 37

3.5.1 sp”杂化的一般描述 37

3.5.2 sp杂化 38

3.5.3 sp2杂化 39

3.5.4 sp3杂化 40

3.5.5 一般讨论 41

参考文献 42

第4章 石墨烯和碳纳米管的原子和电子态结构 43

4.1 石墨烯的晶格结构与描述 44

4.2 碳纳米管的晶格结构与描述 46

4.3 晶体的紧束缚方法和能带结构 50

4.4 石墨烯的电子能带结构 56

4.5 碳纳米管的电子能带结构 61

4.5.1 扶手椅型碳纳米管的能带结构 61

4.5.2 锯齿型碳纳米管的能带结构 63

4.5.3 碳纳米管能带结构的一般讨论 64

参考文献 66

第5章 单壁碳纳米管和石墨烯的可控制备 68

5.1 基底上单壁碳纳米管的可控生长 68

5.1.1 单壁碳纳米管生长的催化剂 69

5.1.2 基底上水平单壁碳纳米管阵列的生长及方向控制 71

5.1.3 单壁碳纳米管的导电性和结构可控制备 75

5.2 石墨烯的制备 78

5.2.1 机械剥离法 78

5.2.2 外延生长法 79

5.2.3 化学气相沉积法 79

5.2.4 溶液化学剥离石墨法 83

参考文献 86

第6章 碳基纳米结构的表征 90

6.1 石墨烯的拉曼光谱 90

6.1.1 石墨烯的拉曼振动模式和拉曼光谱 91

6.1.2 石墨烯层数的确定 94

6.1.3 判断石墨烯的边缘结构 94

6.2 碳纳米管的拉曼光谱 95

6.2.1 碳纳米管的拉曼振动模式 95

6.2.2 径向呼吸模式 98

6.2.3 G峰 99

6.2.4 D峰 102

6.2.5 张力和温度等对碳纳米管拉曼光谱的影响 102

6.2.6 表面增强拉曼光谱 103

6.3 碳纳米管的荧光光谱 103

6.4 扫描探针显微术在碳纳米管研究领域中的应用 108

6.4.1 扫描隧道显微镜 109

6.4.2 原子力显微镜 110

6.4.3 静电力显微镜 111

6.4.4 开尔文力显微镜 115

参考文献 117

第7章 基于碳纳米管的电子器件和集成电路 122

7.1 碳纳米管和石墨烯材料的结构和电学特点 122

7.2 碳纳米管场效应晶体管 125

7.2.1 碳纳米管器件的工作原理 125

7.2.2 碳纳米管的p型欧姆接触和p型弹道器件 129

7.2.3 碳纳米管的n型欧姆接触和n型弹道器件 132

7.3 碳纳米管场效应晶体管器件结构及性能优化 135

7.3.1 碳纳米管场效应晶体管器件的特征曲线 135

7.3.2 碳纳米管场效应晶体管的性能参数 137

7.3.3 碳纳米管场效应晶体管模型 139

7.3.4 碳纳米管顶栅器件和高κ栅介质 141

7.3.5 碳纳米管场效应晶体管的自对准栅结构 145

7.3.6 碳纳米管场效应晶体管器件的性能优势 152

7.4 碳纳米管数字集成电路 155

7.4.1 p型集成电路 155

7.4.2 碳纳米管CMOS集成电路 158

7.4.3 无掺杂的碳纳米管CMOS集成电路 160

7.4.4 碳纳米管PTL集成电路 165

7.4.5 碳纳米管薄膜器件和集成电路 170

7.4.6 碳纳米管场效应晶体管的性能极限和潜力 173

参考文献 176

第8章 碳基纳电子学——模拟电路 180

8.1 碳纳米管射频晶体管 180

8.1.1 射频晶体管小信号模型和频率参数 181

8.1.2 场效应晶体管的二端口网络模型与散射参数 183

8.1.3 单根碳纳米管的频率特性 185

8.1.4 基于碳纳米管薄膜的高频晶体管 187

8.2 石墨烯晶体管 191

8.2.1 石墨烯电学性质 191

8.2.2 石墨烯场效应晶体管的工作原理和器件模型 194

8.2.3 石墨烯顶栅FET及其制备 198

8.2.4 石墨烯能带工程 202

8.2.5 石墨烯射频晶体管 205

8.2.6 石墨烯晶体管存在的问题和解决方法 207

8.3 碳基双极电子学 211

8.3.1 基于石墨烯的双极电子学 211

8.3.2 基于碳纳米管的双极电子学 218

8.4 展望 220

参考文献 221

第9章 碳基光电器件：发光、探测、光电耦合 227

9.1 碳纳米管中的激发态（激子）特性 227

9.2 碳纳米管发光器件 228

9.2.1 基于单根碳纳米管的发光器件 228

9.2.2 基于碳纳米管薄膜的发光器件 238

9.3 碳纳米管光探测器 241

9.4 碳纳米管基太阳能电池 249

9.5 碳纳米管电光调制器件及光电集成 252

9.6 石墨烯光电器件 256

参考文献 261

索引 267

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