本文選題：石墨烯　切入點(diǎn)：硅烯　出處：《蘇州大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：自2004年十月英國(guó)Manchester大學(xué)的康斯坦汀·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和安德烈·海姆(Andre Geim)等人通過(guò)采用膠帶反復(fù)剝離石墨的簡(jiǎn)單方法首次獲得獨(dú)立存在的石墨烯[1]以來(lái),它以獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)性能迅速成為材料科學(xué)領(lǐng)域一顆耀眼的新星[2-5]。然而石墨烯的價(jià)帶(π電子)和導(dǎo)帶(π*電子)相交于費(fèi)米能級(jí)處,使得石墨烯成為帶隙為0的半導(dǎo)體,限制了它在納米電子器件中的應(yīng)用。本文采用第一性原理的密度泛函理論通過(guò)石墨烯和硅烯的表界面調(diào)控,來(lái)提高石墨烯和硅烯的應(yīng)用潛能。一、石墨烯與硅基底的相互作用及其電學(xué)性能調(diào)控。我們采用第一性原理研究了單層和雙層石墨烯與氫鈍化和非鈍化的Si(111)/Si(100)表面的結(jié)合情況。我們發(fā)現(xiàn)氫鈍化的Si表面Si(111)/Si(100)并沒(méi)有影響石墨烯的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì),然而,由于非鈍化的Si基底對(duì)石墨烯的不同位置產(chǎn)生了強(qiáng)烈的相互作用,這使得石墨烯的對(duì)稱(chēng)性遭到破壞,使得石墨烯在狄拉克點(diǎn)的位置打開(kāi)了一定的帶隙。當(dāng)Si表面用氫鈍化后與石墨烯的結(jié)合能力則大大降低。對(duì)于雙層石墨烯,我們發(fā)現(xiàn)下層石墨烯與Si基底具有較強(qiáng)的相互作用并在界面形成了共價(jià)鍵。對(duì)于雙層石墨烯覆蓋的情況,下層充當(dāng)了緩沖層的作用,它與基底產(chǎn)生了共價(jià)相互作用,原有石墨烯的本征電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,上層石墨烯與下層石墨烯之間是范德華相互作用,這層石墨烯基本上保留了其本征電子結(jié)構(gòu)。我們的結(jié)果給出了石墨烯和重要的半導(dǎo)體材料-硅之間的相互作用機(jī)制,這對(duì)于石墨烯在微電子學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義。二、Ni(111)界面上石墨烯的生長(zhǎng)及硅插層。受石墨烯熱潮的影響,其副本——蜂窩狀結(jié)構(gòu)的硅單層,即硅烯(silicene)最近也引起了人們的廣泛關(guān)注。我們采用范德華力修正過(guò)的第一性原理研究了在Ni(111)表面上單層石墨烯的吸附及硅插層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)由于插層過(guò)程在石墨烯和Ni(111)基底之間形成了一個(gè)低翹曲度的二維蜂窩狀Si層。Si嵌入graphene/Ni(111)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化完成后,石墨烯層從基底上脫離出來(lái)形成freestanding graphene。由于石墨烯覆蓋層的保護(hù)作用從而使不穩(wěn)定的Si插層表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性。我們的這一理論結(jié)果對(duì)于在其他金屬表面制備高質(zhì)量的silicene提供了一個(gè)新的思路。
[Abstract]:Since October 2004, when Konstantin Novoselovo and Andre Heimm of Manchester University in the United Kingdom, et al., first obtained independent graphene by repeatedly stripping off graphite with tape. Because of its unique electronic structure and excellent electrical properties, it has rapidly become a dazzling new star in the field of material science [2-5]. However, the valence band (蟺 electron) and the conduction band (蟺 * electron) of graphene intersect at the Fermi level. Graphene becomes a semiconductor with a band gap of 0, which limits its application in nanoscale electronic devices. In this paper, the first principle density functional theory is used to regulate the interface between graphene and silicene. To improve the application potential of graphene and silicene. The interaction of graphene with silicon substrate and the regulation of its electrical properties. We have studied the bonding of single and double graphene with hydrogen passivated and non-passivated Si (111 / / Si ~ (10)) surface by first principles. We have found that the hydrogen passivated Si surface. There is no effect on the electrical and optical properties of graphene. However, the symmetry of graphene is destroyed because the non-passivated Si substrate strongly interacts with graphene at different positions. When Si surface is passivated with hydrogen, the binding ability of graphene to graphene is greatly reduced. We find that the lower layer of graphene interacts strongly with Si substrate and forms covalent bonds at the interface. In the case of double layer graphene covering, the lower layer acts as a buffer layer, and it has covalent interaction with the substrate. The intrinsic electronic structure of the original graphene has changed, and the interaction between the upper graphene and the lower graphene is van der Waals interaction. This layer of graphene basically retains its intrinsic electronic structure. Our results show the mechanism of interaction between graphene and an important semiconductor material, silicon. This is of great significance for the application of graphene in microelectronics. Silicene has also attracted much attention recently. We have studied the adsorption of graphene monolayer and the structure and properties of silicon intercalation on NiC111 surface by using the first principle modified by van der Waals force. We find that the structure and properties of the intercalation. A 2-D honeycomb Si layer with low warp was formed between graphene and NiC111) substrate. The structure of the system was optimized after the structure was optimized. The graphene layer is separated from the substrate to form freestanding graphene. The unstable Si intercalation exhibits high stability due to the protective effect of the graphene coating. Our theoretical results are very high for the preparation of other metal surfaces. Quality silicene provides a new way of thinking.
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;O613.7

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本文編號(hào)：1592781