本文關(guān)鍵詞：碳化硅晶體表面原子解離和吸附行為的第一性原理研究

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【摘要】：石墨烯(graphene)作為一種新型二維碳材料,由于其所展現(xiàn)出的諸如零電子帶隙、極高電子遷移率、較長(zhǎng)相位相干長(zhǎng)度和彈性散射長(zhǎng)度等奇特的電子性質(zhì)而受到人們的廣泛關(guān)注,在許多領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。目前,基于碳化硅(SiC)晶體表面碳化過(guò)程外延生長(zhǎng)石墨烯的方法被普遍認(rèn)為是可能實(shí)現(xiàn)石墨烯工業(yè)化制備和生產(chǎn)的最有效方法之一。盡管如此,人們對(duì)SiC表面石墨烯外延生長(zhǎng)的微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程和機(jī)制并不十分清楚,特別是SiC表面硅、碳原子的解離、吸附及其擴(kuò)散行為對(duì)大面積生長(zhǎng)高質(zhì)量石墨烯的影響還有待進(jìn)一步研究。本文中,我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法對(duì)6H-SiC(000-1)表面碳、硅原子的解離、吸附及其擴(kuò)散行為進(jìn)行理論研究,嘗試從原子尺度分析SiC表面大面積石墨烯生長(zhǎng)初期的成核機(jī)制和生長(zhǎng)過(guò)程,為進(jìn)一步促進(jìn)探索石墨烯的生長(zhǎng)制備工藝提供理論參考。論文主要獲得了以下主要結(jié)論:1)采用第一性原理方法對(duì)6H-SiC(000-1)表面C、Si原子的解離與吸附行為進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)初始階段C原子先于Si原子離開(kāi)6H-SiC(000-1)表面,形成碳空位缺陷,缺陷形成后促使Si原子很容易脫附SiC表面;而另一方面,C原子比Si原子更易吸附在SiC表面上,H3位置為較可能吸附的位置,Si原子吸附能力會(huì)隨著表面解離原子的增加而減弱。2)采用第一性原理方法研究了硅原子在SiC與石墨烯界面處的擴(kuò)散行為。研究發(fā)現(xiàn),Si原子在擴(kuò)散的過(guò)程中,越靠近石墨烯層,需要克服的勢(shì)壘越大,Si原子擴(kuò)散行為越困難;而穿過(guò)石墨烯層后,所需的勢(shì)壘減小,Si原子越易擴(kuò)散。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),石墨烯空位缺陷能夠大大降低Si原子的擴(kuò)散勢(shì)壘,有利于Si原子擴(kuò)散通過(guò)石墨烯層,促進(jìn)SiC表面石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程。
【關(guān)鍵詞】：SiC 解離 吸附 石墨烯 第一性原理
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-20
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 石墨烯的介紹11-14
• 1.3 SiC的介紹14-18
• 1.4 本文主要的研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 研究方法介紹20-26
• 2.1 第一原理方法介紹20-21
• 2.2 密度泛函理論21-24
• 2.2.1 Kohn-Sham(沈呂九)方程21-22
• 2.2.2 局域密度泛函近似(LDA)22-23
• 2.2.3 廣義梯度近似(GGA)23-24
• 2.2.4 贗勢(shì)24
• 2.3 VASP軟件簡(jiǎn)介24-25
• 2.4 能量計(jì)算公式25-26
• 第3章 6H-SiC表面原子解離和吸附行為26-38
• 3.1 引言26-28
• 3.2 6H-SiC(000-1)表面原子解離行為28-32
• 3.2.1 計(jì)算模型28-29
• 3.2.2 結(jié)果與討論29-32
• 3.3 6H-SiC(000-1)表面原子吸附行為32-36
• 3.3.1 計(jì)算模型33
• 3.3.2 C原子吸附在不同表面(ideal、V_C、V_(C-Si)和V_(C-Si-Si))33-35
• 3.3.3 Si原子吸附在不同表面(ideal、V_C、V_(C-Si)和V_(C-Si-Si))35-36
• 3.4 本章結(jié)論36-38
• 第4章 Si原子在SiC和石墨烯層邊界處的擴(kuò)散行為38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 Si原子在SiC(C面)和石墨烯層邊界處的擴(kuò)散行為38-43
• 4.2.1 計(jì)算模型39-40
• 4.2.2 結(jié)果與討論40-43
• 1) 通過(guò)完整石墨烯層40-42
• 2) 通過(guò)空位缺陷石墨烯層42-43
• 4.3 Si原子在SiC(Si面)和石墨烯層邊界處的擴(kuò)散行為43-47
• 4.3.1 計(jì)算模型44-45
• 4.3.2 結(jié)果與討論45-47
• 1) 通過(guò)完整石墨烯層45-46
• 2) 通過(guò)空位缺陷石墨烯層46-47
• 4.4 本章結(jié)論47-49
• 第5章 總結(jié)與展望49-51
• 5.1 論文總結(jié)49-50
• 5.2 工作展望50-51
• 參考文獻(xiàn)51-54
• 致謝54-55
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間完成的論文和科研情況55

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本文編號(hào)：1041128