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),關于它的各類理論和實驗的研究已經(jīng)成為當今國際上凝聚態(tài)物理學領域一個新興的熱點問題。這一新型材料的各種可能的應用都要求人們對其制備技術的物理機制在微觀尺度上有著更加準確和深刻的認識。本論文主要涉及的是6H-SiC熱蒸發(fā)外延制備石墨片時,在生長初期石墨片生長機制的核心問題。
　　到目前為止,由于實驗方法,觀測手段的限制,對graphene生長過

2、程的微觀機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行了系統(tǒng)的理論研究。對6H-SiC-3(′o)R303吸附graphene的情況進行了討論。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重構面進行了單個碳原子,單個硅原子,兩個碳原子,三個碳原子的吸附性能進行了計算模擬。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重構面。同時,還結合單個至三個碳原子時的吸附性能研究與相應結構下的置換構型研究,并進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原子進行置換。本文找到可能的6H-SiC-3(′o)R303重構面在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,針對實驗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行了比較研究。分別考察了它們的幾何結構,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時所產(chǎn)生的影響進行了分析。計算結果表明6H-SiC-(0001)的6個不同晶體表面S1、S2、S3、S1*、S2*、S3*在幾何結構和表面能上存在差異。其中,S1與S1*,S2