硅烯和硼烯的生長(zhǎng)機(jī)制、缺陷及電子性質(zhì)調(diào)控.pdf

1、硅烯是具有六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)的硅的單原子層。近幾年來(lái)引起了人們高度的關(guān)注。硅烯具有類(lèi)石墨烯的優(yōu)異電子性質(zhì)，例如費(fèi)米能級(jí)附近線(xiàn)性的能帶色散關(guān)系、高的載流子遷移率等。此外與石墨烯相比，硅烯具有更強(qiáng)的自旋軌道相互作用和更好的能帶可調(diào)節(jié)性，因此有望應(yīng)用在未來(lái)的納米電子器件中。硼烯是硼的單原子層，具有金屬的電子特性，其出現(xiàn)豐富了單質(zhì)二維原子晶體的世界。
　　結(jié)合密度泛函理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)掃描隧道顯微鏡(STM)觀察，我們對(duì)Ag(111)表面上外延硅

2、烯中的點(diǎn)缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。指認(rèn)出實(shí)驗(yàn)上觀察到的一些點(diǎn)缺陷對(duì)應(yīng)的原子結(jié)構(gòu)。結(jié)合缺陷的形成能計(jì)算和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析給出溫度為500K時(shí)(硅烯生長(zhǎng)溫度通常為480-550K)不同硅烯超結(jié)構(gòu)中點(diǎn)缺陷的平衡濃度。在500K下，√13×√13硅烯中單空位和雙空位缺陷的濃度高達(dá)約5.0×1013 cm-2，且兩個(gè)單空位缺陷可以在硅烯中迅速擴(kuò)散并合并成一個(gè)雙空位缺陷?？瘴蝗毕莸母邼舛群偷偷臄U(kuò)散勢(shì)壘解釋了實(shí)驗(yàn)上外延√13×√13硅烯富含缺陷的特征。相比之下

3、，4×4硅烯中缺陷濃度僅為107cm-2，被認(rèn)為是未來(lái)納米電子器件應(yīng)用中的首選。
　　介電襯底對(duì)硅烯電子性質(zhì)的影響對(duì)于硅烯在未來(lái)的納米電子器件中的應(yīng)用是一個(gè)很重要的問(wèn)題。本文通過(guò)第一性原理計(jì)算研究了惰性介電襯底對(duì)硅烯電子性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)在六角氮化硼(h-BN)單層和氫飽和的SiC(0001)面的硅面(Si-SiC)上硅烯的狄拉克錐能夠很好地被保持住，而在氫飽和的SiC(0001)面的碳面(Si-SiC)上硅烯狄拉克錐卻被破壞了。分

4、析指出襯底的功函數(shù)是硅烯和襯底間電子態(tài)耦合的決定因素，從而為硅烯在器件應(yīng)用中襯底的選擇和電子性質(zhì)調(diào)控提供了理論判據(jù)。此外，在雙層硅烯中插層堿金屬原子可以削弱兩層硅烯間強(qiáng)的相互作用并提高體系的穩(wěn)定性。特別地，鉀插層不僅可以使雙層硅烯中再現(xiàn)狄拉克錐，還可以在狄拉克錐處打開(kāi)一個(gè)可觀大小的帶隙，為雙層硅烯在未來(lái)納米電子器件中的應(yīng)用提供了新的途徑。
　　利用第一性原理計(jì)算，我們預(yù)測(cè)了硼烯在Cu(111)表面上的生長(zhǎng)。在Cu(111)表面上，