本文選題：碳化硅 + 插層�。� 參考：《湘潭大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：石墨烯作為一種單原子層二維材料,由于它具有很多優(yōu)異的性能,被稱為是21世紀(jì)最具影響力的材料,未來將在諸多領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用。碳化硅熱分解外延生長石墨烯被認(rèn)為是最有希望制備大面積石墨烯的方法。然而,緩沖層與碳化硅襯底之間存在大量的共價(jià)鍵連接,從而導(dǎo)致石墨烯的性能受到嚴(yán)重的影響。因此,如何使緩沖層從碳化硅襯底上脫附,轉(zhuǎn)變成獨(dú)立的石墨烯層成為人們所關(guān)注的重要問題之一。最近的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在水和氧氣環(huán)境中,碳化硅襯底上生長的石墨烯能夠大面積的去耦。然而,氫和氧進(jìn)入緩沖層和碳化硅界面內(nèi),并使石墨烯脫附的機(jī)制并不十分清楚。因此,本文采用密度泛函的第一性原理方法,從原子尺度上對石墨烯如何從碳化硅襯底上脫附的過程與機(jī)制進(jìn)行了研究。首先,我們對分子在碳化硅表面的分解和擴(kuò)散行為進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)氫分子、氧分子、水分子能夠在6H-Si C(0001)表面自發(fā)地分解。由于碳化硅表面具有很強(qiáng)的催化作用,氨氣分子和單分子在一定的溫度條件下,能夠完全分解成原子吸附在表面。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn),氧原子在碳化硅表面容易擴(kuò)散,而氫原子和氮原子在碳化硅表面相對難以擴(kuò)散。其次,我們研究了氫原子進(jìn)入石墨烯/碳化硅界面的過程與機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),氫鈍化石墨烯邊緣和碳化硅襯底,是石墨烯去耦的關(guān)鍵因素。鈍化石墨烯邊緣能夠弱化石墨烯邊緣與碳化硅襯底之間的相互作用,并降低氫原子進(jìn)入界面的能量勢壘。隨著氫原子進(jìn)入界面并飽和界面內(nèi)硅原子的懸掛鍵,石墨烯將會從襯底上完全脫附。最后,我們研究了氧原子從石墨烯邊緣進(jìn)入界面并在界面擴(kuò)散的過程。我們發(fā)現(xiàn)氧原子難以打破邊緣的共價(jià)鍵,從氧化石墨烯邊緣進(jìn)入到界面內(nèi),并且在界面內(nèi)也難以擴(kuò)散。在水環(huán)境中,石墨烯邊緣可能被氫化。氧原子容易從氫化石墨烯邊緣進(jìn)入界面,并且氫原子也容易在界面內(nèi)擴(kuò)散,在兩者的相互協(xié)同作用,使得緩沖層從碳化硅襯底上脫附。
[Abstract]:Graphene, as a kind of single atomic layer two-dimensional material, is regarded as the most influential material in the 21st century because of its many excellent properties. It will be used in many fields in the future. The epitaxial growth of graphene by thermal decomposition of silicon carbide is considered to be the most promising method for the preparation of large area graphene. However, there are a large number of covalent bond connections between the buffer layer and the silicon carbide substrate, which results in a serious impact on the performance of graphene. Therefore, how to desorption buffer layer from silicon carbide substrate to independent graphene layer has become one of the most important issues. Recent experimental studies have shown that graphene grown on silicon carbide substrates can decouple in large areas in water and oxygen environments. However, the mechanism of hydrogen and oxygen entering buffer layer and silicon carbide interface and desorption of graphene is not very clear. Therefore, the first principle method of density functional is used to study the desorption process and mechanism of graphene from silicon carbide substrate at atomic scale. First, we studied the decomposition and diffusion behavior of the molecules on the surface of silicon carbide. It is found that hydrogen molecule, oxygen molecule and water molecule can decompose spontaneously on 6H-Si C0001) surface. Due to the strong catalytic action on the surface of silicon carbide, ammonia molecules and monolayers can be completely decomposed into atoms and adsorbed on the surface at a certain temperature. At the same time, it is found that oxygen diffuses easily on the surface of silicon carbide, while hydrogen and nitrogen atoms are relatively difficult to diffuse on the surface of silicon carbide. Secondly, we studied the process and mechanism of hydrogen atom entering graphene / silicon carbide interface. It is found that the edge of hydrogenated graphene and silicon carbide substrate are the key factors for the decoupling of graphene. The passivation of graphene edge can weaken the interaction between graphene edge and silicon carbide substrate and reduce the energy barrier for hydrogen atoms to enter the interface. With the hydrogen atom entering the interface and saturated the hanging bond of the silicon atom in the interface, graphene will be completely desorbed from the substrate. Finally, we study the diffusion of oxygen atoms from the edge of graphene to the interface. It is found that oxygen atoms are difficult to break the covalent bond at the edge, enter into the interface from the edge of graphene oxide, and it is difficult to diffuse in the interface. In water environment, the edge of graphene may be hydrogenated. Oxygen atoms easily enter the interface from the edge of hydrogenated graphene, and hydrogen atoms also diffuse easily in the interface, which makes the buffer layer desorption from silicon carbide substrate.
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71

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本文編號：1976279