Si襯底對graphene及GNRs電子結(jié)構(gòu)調(diào)制效應(yīng)的第一性原理研究.pdf

1、擁有單原子層厚度的蜂窩狀二維晶體石墨烯(Graphene)具有奇特而豐富的物理屬性。石墨帶(GNRs)是有限尺度的石墨烯,作為一種新型的碳納米材料,其各方面性能在理論和實驗上都受到了廣泛關(guān)注。人們希望開發(fā)出性能更優(yōu)越的基于石墨烯(帶)的新型納米材料。研究如何獲得以Graphene和GNRs為核心的微納器件是目前微納電子學(xué)的一個熱點。然而,目前首要要解決的問題是為graphene及GNRs找到一個合適的襯底。Si是現(xiàn)代微電子產(chǎn)業(yè)工藝的核心

2、,如果graphene和GNRs能夠以Si為襯底,則會對其應(yīng)用與開發(fā)提供更加廣闊的前景。因此系統(tǒng)分析和探索graphene及GNRs與Si襯底的相互作用是他們與Si工藝相融合的前提。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,研究了Si(211)面和Si(111)面對GNRs和graphene電子及結(jié)構(gòu)的調(diào)制效應(yīng)。其主要內(nèi)容和結(jié)果包括:
　　系統(tǒng)分析了GNRs吸附在清潔的Si(211)表面上時,GNRs體系的結(jié)構(gòu)畸變、吸附能、差

3、分電荷和態(tài)密度。在此過程中分別考慮了Si(211)表面的[01-1]和[-111]兩個方向?qū)Ψ鍪中秃弯忼X型GNRs電子及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)吸附能不僅受GNRs邊緣態(tài)的制約,也受石墨帶的寬度和襯底取向的影響。GNRs的吸附形態(tài)主要取決于襯底表面原子與GNRs邊緣C原子的3sp雜化。襯底有效的影響了石墨帶的邊緣態(tài),H-terminated的ZGNRs沿襯底的兩個方向和H-free的ZGNRs沿Si(211)表面的[01-1]方向吸附時,其

4、金屬性被降低了,并且襯底金屬化了扶手型石墨帶。對比清潔的Si(211)表面,H玷污的Si(211)表面使鋸齒形石墨帶的金屬性降得更低,使扶手型石墨帶的金屬性變化不大。
　　分別分析了清潔和有C修飾的Si(111)表面吸附生長graphene的情形,對被吸附上的graphene的吸附能、態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。Si(111)表面的懸掛鍵與C原子相互作用形成不同方向的2sp或3sp雜化,使表面趨于被保護的狀態(tài),所以graphe