论文部分内容阅读
碳元素由于具有sp，sp2，sp3杂化的成键方式，碳材料存在许多稳态和亚稳态。具有六角晶格的二维单原子层材料石墨烯是一种典型的sp2杂化存在的材料，由于其优良的电子性质，有着非常广泛的应用前景，甚至有望替代Si半导体而成为未来微纳电子器件的基础材料。实现Si表面graphene外延是graphene与Si工艺融合的基础。在Si表面保持graphene的基础电子特征是实现graphene微纳电子器件的前提。本文的主要研究内容针对C等化学修饰钝化Si（111）表面悬挂键情况下graphene的电子特征开展研究，为graphene在Si表面生长提供分析基础。在此研究的基础上我们同时发现了一种新型的SiC2二维材料，并对其基本的结构和电子特征进行了预测。本文的主要研究内容和成果如下：（1）我们基于密度泛函理论的第一原理方法研究了graphene吸附在C修饰的Si（111）表面的电子结构。我们主要考虑了C原子修饰Si（111）22和Si（111）33这两个典型体系。我们发现graphene吸附在理想清洁的Si（111）表面时会诱导表面出现21重构，同时我们发现吸附在衬底表面的graphene的电子结构能够较好的被保持。C原子修饰Si（111）表面能有效的钝化表面的悬挂键，用作graphene衬底能有效的保持graphene的电子性质；（2）我们基于密度泛函理论的第一原理方法研究H、B、N、F元素修饰的Si（111）表面对graphene的电子性质的调制效应。计算结果表明H、B、N和F这四种元素均能有效的饱和Si（111）表面的悬挂键。Graphene吸附在H、B、N和F几种元素修饰Si（111）表面时，与衬底只存在较弱的耦合作用，是物理吸附于衬底表面。我们的研究表明，Graphene吸附在N，F修饰的Si（111）表面时，表现出p型掺杂效应，而在B修饰的表面表现出n型掺杂效应，这为Si表面graphene的导电类型调控提供了有效的方法；（3）我们发现了一种新型的二维纳米片SiC2（buckled-SiC2-pentagon），在完全五边形的网格里包含四面体状态的硅原子和处于三连接点的碳原子。bp-SiC2比此前提出的最稳定平面四角SiC2烯要稳定。该体系表现为1.388eV带隙的间接带隙半导体，并且表现出非常好的动力学稳定性。当我们将这种二维材料裁剪成不同边缘的一维的纳米条带时，其金属或半导体的特征受材料的宽度，边缘原子种类和修饰边缘原子的H原子浓度的影响。最后我们采用第一性原理的方法提出该类二维晶体可以通过化学剥离方法通过SiC体系制备出buckledSiC2-pentagon纳米片。