利用原子操縱技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬表面單原子摻雜的理論研究.pdf

1、隨著技術(shù)的進(jìn)步，器件的尺度可以縮小到納米甚至原子尺度，在這種情況下，器件中的摻雜原子的數(shù)量和位置都會(huì)對(duì)器件的性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，甚至單個(gè)摻雜原子都會(huì)影響繼而決定器件的性能，由此產(chǎn)生了精確摻雜單個(gè)原子的需求?，F(xiàn)有的單原子摻雜方法例如單離子注入和STM輔助刻蝕等，雖然能完成單個(gè)原子的摻雜，但其精度并未達(dá)到真正的原子級(jí)精度。那么尋求一種具備原子級(jí)精度的摻雜方法就很有必要了。眾所周知，使用探針進(jìn)行原子操縱的技術(shù)經(jīng)過(guò)二十多年的研究，已成為一項(xiàng)較為

2、成熟的技術(shù)并在納米制造和工程上具備廣泛的應(yīng)用前景。利用探針進(jìn)行單原子操縱具備極高的精度，這得益于探針對(duì)原子的直接控制。那么自然我們便考慮利用單原子操縱技術(shù)來(lái)進(jìn)行單原子摻雜。這是本文研究的出發(fā)點(diǎn)。我們的研究采用基于第一性原理的計(jì)算和模擬方法，提出了一種利用探針操縱在金屬表面進(jìn)行單原子替換摻雜的方案，并研究了實(shí)現(xiàn)該方案的一些操縱細(xì)節(jié)和可靠性等。
　　本文第一章簡(jiǎn)要回顧了單原子操縱技術(shù)以及單原子摻雜技術(shù)，簡(jiǎn)述了這些技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀，并提

3、出了本文研究的出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)，以及本文所完成的工作。
　　第二章簡(jiǎn)要介紹了本文研究所使用的第一性原理計(jì)算方法，并簡(jiǎn)單介紹了我們研究中使用的VASP軟件。
　　第三章中詳細(xì)闡述了如何利用原子操縱技術(shù)實(shí)現(xiàn)單原子的摻雜。我們的研究通過(guò)第一性原理模擬提出了一種可行可靠的單原子替換摻雜的方案。該方案全過(guò)程包括使用三原子針尖探針提取臺(tái)階邊緣Al原子和使用含有摻雜原子的單原子針尖探針釋放摻雜原子兩步。其中釋放摻雜原子的過(guò)程又分為兩個(gè)步驟，首

4、先探針定位于吸附位正上方豎直下降，當(dāng)探針降低到7.1(A)（釋放Ag原子）時(shí)，再改為橫向移動(dòng)探針，探針移動(dòng)一定距離后針尖的摻雜原子會(huì)落到吸附位中。本研究還探索了不同的釋放摻雜原子的方法，即通過(guò)縱向撤走探針的方式來(lái)釋放摻雜原子，結(jié)果表明該方法并不能可靠地釋放摻雜原子。我們的研究還利用勢(shì)能曲線來(lái)闡明提取和釋放原子的原理并說(shuō)明了操縱的可靠性。
　　第四章則總結(jié)了本文的研究結(jié)論并對(duì)未來(lái)的研究進(jìn)行了展望。我們提出的方法實(shí)現(xiàn)了臺(tái)階邊緣替換摻雜