原子尺度下纳米材料表面的按需构筑

发布时间：2021-01-15 00:08

　　随着半导体产业的快速发展,纳米器件的发展势在必行。如何实现精度为亚纳米量级甚至原子量级的可控制造是器件小型化发展面临的重要挑战。由于电子显微技术的发展,透射电镜已不仅是材料表征工具;原位透射电镜还可实时观察材料在外场作用下结构演变的动态过程。本论文利用透射电子显微镜中的高能电子束作为有效工具实现了材料原子尺度的刻蚀和修复,继而实现了纳米材料的高精度增材和减材构筑;并通过原位观察材料表面在电子束辐照作用下的微观结构演变行为,揭示其演变机制,为高精度可控制造提供理论依据和实验指导。此外,基于电子束对纳米材料表面原子结构调控的探索,本论文还尝试在宏观下对带有不同数量苯环的多环芳香烃表面进行调控,使其能在低温水热下转变为纳米金刚石。主要内容包括:1.研究了氧化钙表面在电子束辐照下的原子精度刻蚀,通过对刻蚀过程中原子结构动态演变行为的具体分析,深入探讨了电子束刻蚀机制:（1）氧化钙表面缺陷处会优先发生刻蚀,而未损伤的面相对稳定,原子不会轻易被溅射直到有缺陷出现;在刻蚀的同时材料表面的吸附原子会扩散到刻蚀位置修复部分缺陷。（2）在整个蚀刻过程中,{200}面优先发生刻蚀并产生缺口,随着刻蚀的进行,... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

石墨烯中的不同缺陷

东南大学博士学位论文的，另一种不同类型的晶界存在于少层石墨烯的交叠中，其中一个邻的晶粒上方[51]。石墨烯的边界主要分为锯齿形（Zigzag）、扶手椅型（齿形（Reconstructed zigzag）和 Klein 边界[38, 54]。边界的功能对于、机械以及化学性能的影响都至关重要。理论上，锯齿形边界的石型边界的稳定[55, 56]。实验上，Kim 等人[57]利用电子束诱导的机械撕滑的石墨烯锯齿形、扶手椅型和重组的锯齿形边界。他们发现在电子界和五七元环重构的锯齿形边界可以相互转化，具有较短锯齿形边界相对稳定。

原子和 N 原子造成碰撞损伤的阈值能量分别为 74 和 84 keV[62]，因压更有利于溅射 B 原子从而形成单空位缺陷[15]。当电压达到 120 k要大于 B 原子和 N 原子的阈值能量，B 原子还是容易优先被溅射[16后晶格会发生轻微的重构，空位周围的 N 原子对的间距相较于完美的增大[16]。除了 B 的单空位缺陷，h–BN 中还存在大量不同尺寸的三（e））[25]。图 1 3（f）示意了最小的三角形空位的原子结构，缺失个 N 原子[15]。缺失的 B 原子周围的本地重构或者键旋转可能会形成键，这需要很大的激发能量[16]。电子束辐照下缺陷会沿着扶手椅型的滑动进行迁移[24]。1 3（g h）是两种主要的 h–BN 的边界结构形态，N 终端的锯en terminated zigzag edges）和 B–N 扶手椅型边界（Boron–nitrogen arm sp2杂化的平面结构倾向于形成锯齿形结构，且 B 原子和 N 原子的离差异，因此 N 终端的锯齿形边界在电子束辐照下更加稳定[15, 16]。G加热的方法首次通过高分辨电镜观察到了 h–BN 的晶界，他们在晶界–BN 中并不常见的五元环和七元环缺陷（图 1 3（j））。


本文编号：2977820