【摘要】：隨著高性能計(jì)算技術(shù)的逐步成熟和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展,石墨烯及類石墨烯等新型二維納米材料成為了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究對(duì)象,其中,硅烯是過(guò)去五年中炙手可熱的類石墨烯材料之一。硅烯是一種具有六角蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維半導(dǎo)體材料,其與石墨烯具有類似的電子能帶結(jié)構(gòu),即狄拉克錐;并且因其特殊的低翹起結(jié)構(gòu)使該類材料具有較特殊的電子自旋性質(zhì),即在狄拉克點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)約為1.55meV能隙,此能隙的出現(xiàn)意味著單層硅烯有可能實(shí)現(xiàn)許多新奇的物理效應(yīng),如量子自旋霍爾效應(yīng)和電調(diào)制能帶帶隙等,這也使得硅烯成為目前硅原子納米技術(shù)中最具有發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧现弧１救嗽诖T士研究生在讀期間通過(guò)模擬計(jì)算的方法研究了單層硅烯與銀襯底界面附近的散射問(wèn)題,其中著重探討了硅烯與銀襯底界面的結(jié)構(gòu)和硅烯表面電荷密度對(duì)電子遷移率的影響。另外,缺陷結(jié)構(gòu)是目前實(shí)驗(yàn)條件下制備二維硅烯的過(guò)程中不可避免的情況,在這一因素的基礎(chǔ)之上,我們模擬計(jì)算了硅烯與銀襯底界面附近的載流子遷移率,模擬中隨不同的因素的變化,載流子遷移率變化范圍在102到105cm2/V·s附近的結(jié)果與第一性原理計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)相吻合,同時(shí),計(jì)算結(jié)果還證明了界面附近的電子遷移率與硅烯表面的空位缺陷密度之間呈衰減關(guān)系,更進(jìn)一步的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)銀襯底上硅烯層的結(jié)構(gòu)對(duì)載流子遷移率具有不可忽視的影響。本文中的方法對(duì)預(yù)測(cè)其他二維蜂窩狀類石墨烯材料的遷移率的相關(guān)工作提供了一條非常有價(jià)值的科研思路。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1;TQ127.2;O469
【圖文】：

并與理論模擬結(jié)果相比較試圖確認(rèn)３Ｘ３重構(gòu)的硅烯的穩(wěn)定性［１１］［４１］［４３］。圖逡逑２．１⑻中展示的是３Ｘ３重構(gòu)的硅烯其中一種六邊形呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)的相圖（標(biāo)記為逡逑Ｈ），圖２．１（ｂ）中則展示了邋３Ｘ３型硅烯另一種突出的呈緊密堆積狀結(jié)構(gòu)的相圖（標(biāo)逡逑４逡逑

Ｔ相與Ｈ相相比，Ｔ相中硅原子覆蓋度和溫度都更低。在較高的硅原子覆蓋逡逑度情況下，Ｔ相會(huì)逐漸消失并被Ｈ相替代。因此，Ｈ相為３Ｘ３型硅烯的更為穩(wěn)定逡逑的狀態(tài)結(jié)構(gòu)，而Ｔ相為Ｈ相的前置狀態(tài)。如圖２．１（ｂ）所示，基于ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)逡逑果和第一性原理計(jì)算，學(xué)者們提出了在每個(gè)３Ｘ３元胞角上缺失一個(gè)六角硅原子環(huán)逡逑的低翹起蜂窩狀結(jié)構(gòu)。雖然這一結(jié)果被劉等人［４３］和Ｖｏｇｔ等人［１１］重復(fù)了出來(lái)，但逡逑是他們相繼提出了不同的結(jié)構(gòu)，即各元胞角位置上的缺失是由于六個(gè)硅原子存在逡逑向上低翹起體結(jié)構(gòu)而造成的。近期吳等人進(jìn)行了邋３Ｘ３重構(gòu)的硅烯上的吸氫逡逑（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）實(shí)驗(yàn)測(cè)量［４４］，其報(bào)道的結(jié)果可以幫助我們更好的解決這里逡逑出現(xiàn)的矛盾。即通過(guò)ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)檢測(cè)及第一性原理模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，吸氫技術(shù)可以從逡逑細(xì)節(jié)上改變３Ｘ３重構(gòu)的硅烯的翹起結(jié)構(gòu)；他們并以此為基礎(chǔ)提出了一個(gè)完整的蜂逡逑窩狀結(jié)構(gòu)模型。．逡逑圖２．２邋（ａ）襯底溫度為４８０Ｋ時(shí)硅原子沉積在Ａｇ邋（１１１）襯底面上的單層硅烯逡逑ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖（２００ｎｍＸ２００ｎｍ，邋Ｖｔｉｐ＝１．４３Ｖ）；邋（ｂ）高分辨率ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)逡逑果（１５ｎｍＸ１５ｎｍ，Ｖｔｉｐ＝－１．０Ｖ），顯示出云紋結(jié)構(gòu)的原子晶格，明亮部分是周期為逡逑ｌ．Ｏｎｍ的完整的蜂窩狀環(huán)

Ｔ相與Ｈ相相比，Ｔ相中硅原子覆蓋度和溫度都更低。在較高的硅原子覆蓋逡逑度情況下，Ｔ相會(huì)逐漸消失并被Ｈ相替代。因此，Ｈ相為３Ｘ３型硅烯的更為穩(wěn)定逡逑的狀態(tài)結(jié)構(gòu)，而Ｔ相為Ｈ相的前置狀態(tài)。如圖２．１（ｂ）所示，基于ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)逡逑果和第一性原理計(jì)算，學(xué)者們提出了在每個(gè)３Ｘ３元胞角上缺失一個(gè)六角硅原子環(huán)逡逑的低翹起蜂窩狀結(jié)構(gòu)。雖然這一結(jié)果被劉等人［４３］和Ｖｏｇｔ等人［１１］重復(fù)了出來(lái)，但逡逑是他們相繼提出了不同的結(jié)構(gòu)，即各元胞角位置上的缺失是由于六個(gè)硅原子存在逡逑向上低翹起體結(jié)構(gòu)而造成的。近期吳等人進(jìn)行了邋３Ｘ３重構(gòu)的硅烯上的吸氫逡逑（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）實(shí)驗(yàn)測(cè)量［４４］，其報(bào)道的結(jié)果可以幫助我們更好的解決這里逡逑出現(xiàn)的矛盾。即通過(guò)ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)檢測(cè)及第一性原理模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，吸氫技術(shù)可以從逡逑細(xì)節(jié)上改變３Ｘ３重構(gòu)的硅烯的翹起結(jié)構(gòu)；他們并以此為基礎(chǔ)提出了一個(gè)完整的蜂逡逑窩狀結(jié)構(gòu)模型。．逡逑圖２．２邋（ａ）襯底溫度為４８０Ｋ時(shí)硅原子沉積在Ａｇ邋（１１１）襯底面上的單層硅烯逡逑ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖（２００ｎｍＸ２００ｎｍ，邋Ｖｔｉｐ＝１．４３Ｖ）；邋（ｂ）高分辨率ＳＴＭ實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)逡逑果（１５ｎｍＸ１５ｎｍ，Ｖｔｉｐ＝－１．０Ｖ），顯示出云紋結(jié)構(gòu)的原子晶格，明亮部分是周期為逡逑ｌ．Ｏｎｍ的完整的蜂窩狀環(huán)

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本文編號(hào)：2794731