碳化硅晶體表面原子解離和吸附行為的第一性原理研究.pdf

1、石墨烯（graphene）作為一種新型二維碳材料,由于其所展現(xiàn)出的諸如零電子帶隙、極高電子遷移率、較長(zhǎng)相位相干長(zhǎng)度和彈性散射長(zhǎng)度等奇特的電子性質(zhì)而受到人們的廣泛關(guān)注，在許多領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。目前，基于碳化硅（SiC）晶體表面碳化過程外延生長(zhǎng)石墨烯的方法被普遍認(rèn)為是可能實(shí)現(xiàn)石墨烯工業(yè)化制備和生產(chǎn)的最有效方法之一。盡管如此，人們對(duì)SiC表面石墨烯外延生長(zhǎng)的微觀動(dòng)力學(xué)過程和機(jī)制并不十分清楚，特別是SiC表面硅、碳原子的解離、吸附及其

2、擴(kuò)散行為對(duì)大面積生長(zhǎng)高質(zhì)量石墨烯的影響還有待進(jìn)一步研究。
　　本文中，我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法對(duì)6H-SiC(000-1)表面碳、硅原子的解離、吸附及其擴(kuò)散行為進(jìn)行理論研究，嘗試從原子尺度分析SiC表面大面積石墨烯生長(zhǎng)初期的成核機(jī)制和生長(zhǎng)過程，為進(jìn)一步促進(jìn)探索石墨烯的生長(zhǎng)制備工藝提供理論參考。論文主要獲得了以下主要結(jié)論：
　　1）采用第一性原理方法對(duì)6H-SiC(000-1)表面C、Si原子的解離與吸附行為進(jìn)

3、行了研究。發(fā)現(xiàn)初始階段C原子先于Si原子離開6H-SiC(000-1)表面,形成碳空位缺陷，缺陷形成后促使Si原子很容易脫附SiC表面；而另一方面，C原子比Si原子更易吸附在SiC表面上，H3位置為較可能吸附的位置，Si原子吸附能力會(huì)隨著表面解離原子的增加而減弱。
　　2）采用第一性原理方法研究了硅原子在SiC與石墨烯界面處的擴(kuò)散行為。研究發(fā)現(xiàn)，Si原子在擴(kuò)散的過程中，越靠近石墨烯層，需要克服的勢(shì)壘越大，Si原子擴(kuò)散行為越困難；而