石墨烯在Ni(111)表面生长机理的紧束缚计算研究

本文采用SCC-DFTB方法,研究了石墨烯在Ni金属(111)表面上的生长机理及在台阶面生长情况.结果分析表明,苯环在Ni表面吸附时以界面fcc构型总能最低,结构最为稳定.边缘生长时,附着在衬底表面上的石墨烯层中C原子活性从边缘向中间逐渐降低.在由(111)晶面和(1-11)晶面相交形成的台阶面上,石墨烯片层可连续生长,同时相对衬底表面发生一定偏转,在较大面积时将出现缺陷.改善石墨烯与衬底台阶处的界面不匹配情况将有利于其大面积高质量生长.     

单晶金刚石边缘表面倾斜角度对同质外延生长的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法,对单晶金刚石(100)晶面边缘进行精细切割抛光处理,形成偏离(100)晶面不同角度的倾斜面,在CH_4/H_2反应气体中进行同质外延生长,研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表明,边缘倾斜面角度对边缘的单晶外延生长质量有影响,随着单晶金刚石边缘倾斜面角度的增大,边缘多晶金刚石数量先减少后增多,在倾斜角3.8°时边缘呈现完整的单晶外延生长特性.分析认为,边缘不同角度的倾斜面会改变周围电场强度和等离子体密度,导致到达衬底表面的含碳前驱物发生改变,倾斜面台阶表面的含碳前驱物浓度低于能形成层状台阶生长的临界浓度是减弱单晶金刚石生长过程中边缘效应的主要原因.     

Ni(111)表面一氧化碳和氢共吸附的密度泛函理论研究

本文用密度泛函理论(DFT)的总能计算研究了一氧化碳和氢原子在Ni(111)表面上p(2×2)共吸附系统的原子结构和电子态，结果表明CO和H原子分别被吸附于两个对角p(1×1)元胞的hcp和fcc位置.以氢分子和CO分子作为能量参考点，总吸附能为2.81 eV，相应的共吸附表面功函数φ为6.28 eV.计算得到的C—O，C—Ni和H—Ni的键长分别是1.19?, 1.96?和 1.71?，并且CO分子以C原子处于hcp的谷位与金属衬底原子结合.衬底Ni(111)的最外两层的晶面间距在吸附后的相对变化分别是 关键词： Fisher-Tropsch反应 催化作用 Ni(111) p(2×2)/(CO+H) 共吸附     

GaAs(111)衬底上生长的GaN的极性与生长方法和生长条件的关系

研究了在GaAs(111)衬底上生长的六角相GaN的极性的相关关系.在高Ⅴ/Ⅲ比的条件下用MOVPE和MOMBE方法生长的GaN的极性和GaAs衬底的极性一致;在(111)A-Ga表面上的生长层呈现Ga的极性,而在(111)B-As表面上的生长层呈现N的极性.然而,在低的Ⅴ/Ⅲ比,或采用一个AIN中间层的条件下,用HVPE和MOMBE方法在GaAs(111)B表面上生长的GaN呈现出Ga的极性.目前,其原因尚不清楚,但是这些结果表明采用HVPE生长方法或用一高温AlN阻挡层可以得到高质量的GaN.     

Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Pb液滴在Ni(100)晶面、(110)晶面和(111)晶面的铺展润湿行为. 结果表明: Pb液滴在Ni(100)及(111)基底上的润湿铺展现象呈各向同性, 而在Ni(110)基底上的润湿铺展现象呈明显的各向异性, 且这种各向异性源于Ni(110)晶面点阵结构上Pb原子沿不同晶向的扩散机制及速度的明显差异; Pb液滴在Ni(111)晶面上铺展时, 未发生表面合金化, 液滴铺展动力学描述近似满足 R² ∝ t, 而液滴在(100)晶面和(110)晶面上铺展时表面产生合金化现象, 铺展动力学关系近似满足 R⁴ ∝ t, 且液滴在(100)晶面上的铺展速度高于(110)晶面上的铺展速度. 关键词： 分子动力学 润湿各向异性 铺展膜 扩散机制     

高能电子衍射研究H钝化偏角Si衬底上Si,GexSi1-x的分子束外延生长模式

用高能电子衍射(RHEED)研究H钝化偏角Si衬底上Si,Ge_xSi_1-x材料的分子束外延(MBE)生长模式,发现经低温处理的H钝化Si衬底上要经过10nm左右的Si生长才能获得比较平整的表面.Si,Ge_xSi_1-x外延时的稳定表面均以双原子台阶为主,双原子台阶与单原子台阶并存的结构.Si双原子台阶上的Si二聚体列(dimerrow)取向垂直于台阶边缘,而Ge_xSi_1-x双原 关键词：     

Si_3N_4/Si表面Si生长过程的扫描隧道显微镜研究

利用原位扫描隧道显微镜和低能电子衍射分析了Si的纳米颗粒在Si3N4 /Si(111)和Si3N4 /Si(10 0 )表面生长过程的结构演变 .在生长早期T为 35 0— 10 75K范围内 ,Si在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇 ,这些团簇的大小均在几个纳米范围内 ,并且在高温退火时保持相当稳定的形状而不相互融合 .当生长继续时 ,Si的晶体小面开始显现 .在晶态的Si3N4 (0 0 0 1) /Si(111)表面 ,Si的 (111)小面生长比其他方向优先 ,生长方向与衬底Si(111)方向一致 .最后在大范围内形成以 (111)为主的晶面 .相反 ,在非晶的Si3N4 表面 ,即Si3N4 /Si(10 0 ) ,Si晶体的生长呈现完全随机的方向性 ,低指数面如 (111)和 (10 0 )面共存 ,但它们并不占据主导地位 ,大部分暴露的小面是高指数面如 (113)面 .对表面生长过程进行了探讨并给出了合理的物理解释     

不同衬底条件下石墨烯结构形核过程的晶体相场法研究

利用可描述气-固转变的三模晶体相场模型,在原子尺度上研究了不同衬底条件下石墨烯结构的形核过程.结果表明:无论衬底存在与否,气态原子均是先聚集为无定形过渡态团簇,随着气态原子的不断堆积和固相团簇中原子位置的不断调整,过渡态团簇逐渐转变为有序的石墨烯晶核,在此过程中,五元环结构具有重要的过渡作用;石墨烯在结构匹配较好的衬底(如面心立方(face-centered cubic,FCC)结构(111)和(110))上生长时,可形成几乎没有结构缺陷单晶石墨烯岛;在无衬底或结构匹配性较差的衬底(如FCC结构(100)面)上生长时,形成的石墨烯岛结构缺陷和晶界较多,不利于高质量石墨烯的制备.     

SiO2/Si衬底上石墨烯的制备与结构表征

在分子束外延(MBE)设备中,利用直接沉积C原子的方法在覆盖有SiO₂的Si衬底(SiO₂/Si)上生长石墨烯,并通过Raman光谱和近边X射线吸收精细结构谱等实验技术对不同衬底温度(500℃,600℃,700℃,900℃,1100℃,1200℃)生长的薄膜进行结构表征.实验结果表明,在衬底温度较低时生长的薄膜是无定形碳,在衬底温度高于700℃时薄膜具有石墨烯的特征,而且石墨烯的结晶质量随着衬底温度的升高而改善,但过高的衬底温度会使石墨烯质量降低.衬底温度为1100℃时结晶质量最好.衬底温度较低时C原子活性较低,难以形成有序的C-sp²六方环.而衬底温度过高时(1200℃),衬底表面部分SiO₂分解,C原子与表面的Si原子或者O原子结合而阻止石墨烯的形成,并产生表面缺陷导致石墨烯结晶变差.     

晶体相场法模拟异质外延过程中界面形态演化与晶向倾侧

采用晶体相场模型研究了异质外延过程中失配应变与应力弛豫对外延层界面形态演化的影响, 并对由衬底倾角引起的外延层晶向倾侧进行了分析.研究结果表明: 在有一定倾角的衬底晶体上进行外延生长时,若衬底和外延层之间失配度较大 (ε>0.08),外延层中弹性畸变能会以失配位错的形式释放, 最终薄膜以稳定的流动台阶形式生长且外延层的晶向倾角与衬底倾角呈近似线性关系. 而当衬底和外延层之间失配度较小(ε<0.04)不足以形成失配位错时, 外延层中弹性畸变能会以表面能的形式释放,最终使薄膜以岛状形态生长. 在高过冷度条件下,衬底倾角和失配度较大时,衬底和外延层之间会形成由大量位错规则排列而成的小角度晶界从而显著改变外延层的生长位向.