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,由于其所展現出的諸如零電子帶隙、極高電子遷移率、較長相位相干長度和彈性散射長度等奇特的電子性質而受到人們的廣泛關注，在許多領域具有非常重要的應用前景。目前，基于碳化硅（SiC）晶體表面碳化過程外延生長石墨烯的方法被普遍認為是可能實現石墨烯工業(yè)化制備和生產的最有效方法之一。盡管如此，人們對SiC表面石墨烯外延生長的微觀動力學過程和機制并不十分清楚，特別是SiC表面硅、碳原子的解離、吸附及其

2、擴散行為對大面積生長高質量石墨烯的影響還有待進一步研究。
　　本文中，我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法對6H-SiC(000-1)表面碳、硅原子的解離、吸附及其擴散行為進行理論研究，嘗試從原子尺度分析SiC表面大面積石墨烯生長初期的成核機制和生長過程，為進一步促進探索石墨烯的生長制備工藝提供理論參考。論文主要獲得了以下主要結論：
　　1）采用第一性原理方法對6H-SiC(000-1)表面C、Si原子的解離與吸附行為進

3、行了研究。發(fā)現初始階段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散行為。研究發(fā)現，Si原子在擴散的過程中，越靠近石墨烯層，需要克服的勢壘越大，Si原子擴散行為越困難；而