文档介绍：湘潭大学硕士学位论文
学校代码 10530 学号 200710020887
分类号 O469 密级公开
硕士学位论文
6H-SiC-(0001)表面 Graphene 成核的
第一原理研究
学位申请人吉璐
指导教师钟建新教授
学院名称材料与光电物理学院
学科专业凝聚态物理
研究方向计算物理学
二零一零年六月十日
湘潭大学硕士学位论文
First principle studying of graphene
nucleation on 6H-SiC-(0001) surface
Candidate Ji Lu
Supervisor Professor J. X. Zhong
College Faculty of Material and Photoelectronic Physics
Program Condense mater physics
putational physics
Degree Master of Science
University Xiangtan University
Date June 10, 2009
湘潭大学硕士学位论文
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
湘潭大学硕士学位论文
摘要
做为未来制备纳电子器件的目前最引人注意的新型纳米材料——单原子层
石墨片(graphene),关于它的各类理论和实验的研究已经成为当今国际上凝聚态
物理学领域一个新兴的热点问题。这一新型材料的各种可能的应用都要求人们对
其制备技术的物理机制在微观尺度上有着更加准确和深刻的认识。本论文主要涉
及的是 6H-SiC 热蒸发外延制备石墨片时,在生长初期石墨片生长机制的核心问
题。
到目前为止,由于实验方法,观测手段的限制,对 graphene 生长过程的微
观机制中的很多问题都没有得到解决。已有的研究给出了多种生长模式,但却没
能从原子尺度加以解释说明。本文中,我们采用基于密度泛函理论的第一性原理
方法对 6H-SiC 的( 3 3)R30重构面吸附碳原子生长石墨片缓冲层的微观过程
从原子尺度进行了系统的理论研究。我们对 6H-SiC- ( 3 3)R30吸附 graphene
的情况进行了讨论。发现 graphene 下的 Sia 原子很难被脱附,却能通过两步置换
的过程离开衬底。我们又分别对 6H-SiC 的( 3 3)R30重构面进行了单个碳原
子,单个硅原子,两个碳原子,三个碳原子的吸附性能进行了计算模拟。单个碳
原子与单个硅原子的吸附性能的比对中,我们发现碳原子更易于吸附于
6H-SiC- ( 3 3)R30重构面。同时,我们还结合单个至三个碳原子时的吸附性
能研究与相应结构下的置换构型研究,并进一步考察其电荷密度特性,发现Si a 原
子倾向于与外界 C 原子进行置换。本文找到可能的 6H-SiC- ( 3 3)R30重构面
在 graphene 缓冲层生产过程中如何扮演着模版作用的微观解释。
另外,针对实验上生长过程中所观测到的在 SiC 基底的不同区域出现不同
生长速度的问题,本文对 6H-SiC-(0001)面几种不同的晶体表面进行了比较研究。
我们分别考察了它们的几何结构,表面能以及在不同晶面上的吸附作用。为它们
对外延制备 graphene 时所产生的影响进行了分析。计算结果表明 6H-SiC-(0001)
的 6 个不同晶体表面 S1、S2、S3、S1*、S2*、S3*在几何结构和表面能上存在差
异。其中,S1 与 S1*,S2 与 S2*,