Graphene量子結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制與形貌控制.pdf

1、本文利用分子動(dòng)力學(xué)方法和模擬退火技術(shù)研究了6H-SiC晶體表面graphene量子結(jié)構(gòu)的形成過程。研究表明，當(dāng)6H-SiC(0001)表層硅原子被蒸發(fā)掉后，剩余的碳原子能夠通過其自組織過程生成局域的單原子層graphene量子結(jié)構(gòu)。Graphene在6H-SiC(0001)上的生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)形貌演化主要取決于退火溫度和表面碳原子的覆蓋程度。當(dāng)退火溫度高于1450K時(shí)，6H-SiC(0001)表面蒸發(fā)掉兩層硅原子后剩余的碳原子經(jīng)歷了由類金剛石

2、結(jié)構(gòu)相到石墨相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，并形成較有序的單原子層graphene結(jié)構(gòu)。6H-SiC(000(1))表面的碳原子也能夠通過其自組織過程生成穩(wěn)定的局部單原子層graphene結(jié)構(gòu)，其生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)形貌演化同樣取決于退火溫度和表面碳原子的覆蓋程度，其碳化溫度符合實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，但低于6H-SiC(0001)表面的碳化溫度。此外，我們研究了表面殘余硅原子和退火速率等因素對(duì)graphene結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的影響，并分析了所生長(zhǎng)的graphene量子薄膜的原子鍵結(jié)

3、構(gòu)和熱穩(wěn)定性等性質(zhì)。
　　 采用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了SiC和Si晶體表面graphene量子薄膜及graphene納米條帶的結(jié)構(gòu)形貌，從原子尺度展現(xiàn)了graphene量子結(jié)構(gòu)的褶皺行為。研究表明，SiC晶體表面的graphene量子結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出兩種不同的褶皺行為。在室溫或更低溫度環(huán)境下，graphene薄膜和條帶均展現(xiàn)出周期性的褶皺行為，其納米尺度的褶皺周期約為12.3(A)；在高溫環(huán)境下，graphene則表現(xiàn)出隨機(jī)性的褶皺行為

4、，其褶皺結(jié)構(gòu)的最大幅度約18(A)，最大高度約1(A)左右。晶體表面graphene的這種隨機(jī)褶皺結(jié)構(gòu)的尺寸遠(yuǎn)小于無襯底懸浮狀態(tài)下graphene所展現(xiàn)的褶皺結(jié)構(gòu)的尺寸，其形成機(jī)制也不同于懸浮狀態(tài)的graphene。研究表明，graphene與基底晶體表面原子的晶格匹配是引起晶體表面graphene結(jié)構(gòu)展現(xiàn)周期性褶皺行為的主要因素。不同的晶體表面將引起graphene的不同褶皺行為。此外，襯底溫度、結(jié)構(gòu)尺寸等因素對(duì)graphene薄膜和