石墨烯界面处广义高能热电子发射注入

石墨烯跨越高界面势垒的热电子发射涉及远离狄拉克点的高能电子，此处能带的狄拉克锥近似不再成立。本文针对石墨烯中高能电子的热发射注入，构建了超越简单狄拉克锥近似的全能带模型。我们表明，基于狄拉克锥近似的热发射模型仅在近室温工作的石墨烯/半导体肖特基界面中有效，而在涉及高能电子的情形（如石墨烯/真空界面或存在光子吸收的异质结）下失效，此时需要全能带模型以考虑高电子能量下的能带结构非线性。我们确定了一个临界势垒高度 $\Phi_B^{(\text{c})} \approx 3.5$ eV，超过该值后狄拉克锥近似由低估转为高估。在石墨烯/真空界面的高温热发射区间，与更精确的全能带模型相比，狄拉克锥近似严重高估了电学和热流密度达 50% 以上。两种模型间的巨大差异通过基于石墨烯的热电子冷却器得以展示。这些发现揭示了狄拉克锥近似在石墨烯高能电子热发射注入中的谬误。本文发展的全能带模型可轻易推广至其他二维材料，并为石墨烯基热电子能量器件的精确分析、建模与设计提供改进的理论途径。