6H-SiC-(0001)表面Graphene成核的第一原理研究.pdf

1、做為未來制備納電子器件的目前最引人注意的新型納米材料——單原子層石墨片(graphene),關(guān)于它的各類理論和實(shí)驗(yàn)的研究已經(jīng)成為當(dāng)今國際上凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域一個新興的熱點(diǎn)問題。這一新型材料的各種可能的應(yīng)用都要求人們對其制備技術(shù)的物理機(jī)制在微觀尺度上有著更加準(zhǔn)確和深刻的認(rèn)識。本論文主要涉及的是6H-SiC熱蒸發(fā)外延制備石墨片時(shí),在生長初期石墨片生長機(jī)制的核心問題。
　　到目前為止,由于實(shí)驗(yàn)方法,觀測手段的限制,對graphene生長過

2、程的微觀機(jī)制中的很多問題都沒有得到解決。已有的研究給出了多種生長模式,但卻沒能從原子尺度加以解釋說明。本文中,采用基于密度泛函理論的第一性原理方法對6H-SiC的3(′o)R303重構(gòu)面吸附碳原子生長石墨片緩沖層的微觀過程從原子尺度進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。對6H-SiC-3(′o)R303吸附graphene的情況進(jìn)行了討論。發(fā)現(xiàn)graphene下的Sia原子很難被脫附,卻能通過兩步置換的過程離開襯底。又分別對6H-SiC的3(′o)R3

3、03重構(gòu)面進(jìn)行了單個碳原子,單個硅原子,兩個碳原子,三個碳原子的吸附性能進(jìn)行了計(jì)算模擬。單個碳原子與單個硅原子的吸附性能的比對中,發(fā)現(xiàn)碳原子更易于吸附于6H-SiC-3(′o)R303重構(gòu)面。同時(shí),還結(jié)合單個至三個碳原子時(shí)的吸附性能研究與相應(yīng)結(jié)構(gòu)下的置換構(gòu)型研究,并進(jìn)一步考察其電荷密度特性,發(fā)現(xiàn)aSi原子傾向于與外界C原子進(jìn)行置換。本文找到可能的6H-SiC-3(′o)R303重構(gòu)面在graphene緩沖層生產(chǎn)過程中如何扮演著模版作用的

4、微觀解釋。
　　另外,針對實(shí)驗(yàn)上生長過程中所觀測到的在SiC基底的不同區(qū)域出現(xiàn)不同生長速度的問題,本文對6H-SiC-(0001)面幾種不同的晶體表面進(jìn)行了比較研究。分別考察了它們的幾何結(jié)構(gòu),表面能以及在不同晶面上的吸附作用。為它們對外延制備graphene時(shí)所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明6H-SiC-(0001)的6個不同晶體表面S1、S2、S3、S1*、S2*、S3*在幾何結(jié)構(gòu)和表面能上存在差異。其中,S1與S1*,S2