硅烯中的空位缺陷散射

发布时间：2020-08-15 22:12

【摘要】：随着高性能计算技术的逐步成熟和实验技术的快速发展,石墨烯及类石墨烯等新型二维纳米材料成为了凝聚态物理领域中的重点研究对象,其中,硅烯是过去五年中炙手可热的类石墨烯材料之一。硅烯是一种具有六角蜂窝状晶格结构的二维半导体材料,其与石墨烯具有类似的电子能带结构,即狄拉克锥;并且因其特殊的低翘起结构使该类材料具有较特殊的电子自旋性质,即在狄拉克点附近会出现约为1.55meV能隙,此能隙的出现意味着单层硅烯有可能实现许多新奇的物理效应,如量子自旋霍尔效应和电调制能带带隙等,这也使得硅烯成为目前硅原子纳米技术中最具有发展潜力的新材料之一。本人在硕士研究生在读期间通过模拟计算的方法研究了单层硅烯与银衬底界面附近的散射问题,其中着重探讨了硅烯与银衬底界面的结构和硅烯表面电荷密度对电子迁移率的影响。另外,缺陷结构是目前实验条件下制备二维硅烯的过程中不可避免的情况,在这一因素的基础之上,我们模拟计算了硅烯与银衬底界面附近的载流子迁移率,模拟中随不同的因素的变化,载流子迁移率变化范围在102到105cm2/V·s附近的结果与第一性原理计算结果和实验观测数据相吻合,同时,计算结果还证明了界面附近的电子迁移率与硅烯表面的空位缺陷密度之间呈衰减关系,更进一步的计算结果发现银衬底上硅烯层的结构对载流子迁移率具有不可忽视的影响。本文中的方法对预测其他二维蜂窝状类石墨烯材料的迁移率的相关工作提供了一条非常有价值的科研思路。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TQ127.2;O469
【图文】：

相图,扫描隧道显微镜图像,硅烯,相图

并与理论模拟结果相比较试图确认３Ｘ３重构的硅烯的稳定性［１１］［４１］［４３］。图逡逑２．１⑻中展示的是３Ｘ３重构的硅烯其中一种六边形呈蜂窝状结构的相图（标记为逡逑Ｈ），图２．１（ｂ）中则展示了邋３Ｘ３型硅烯另一种突出的呈紧密堆积状结构的相图（标逡逑４逡逑

硅烯,实验测量,硅原子,衬底温度

Ｔ相与Ｈ相相比，Ｔ相中硅原子覆盖度和温度都更低。在较高的硅原子覆盖逡逑度情况下，Ｔ相会逐渐消失并被Ｈ相替代。因此，Ｈ相为３Ｘ３型硅烯的更为稳定逡逑的状态结构，而Ｔ相为Ｈ相的前置状态。如图２．１（ｂ）所示，基于ＳＴＭ实验测量结逡逑果和第一性原理计算，学者们提出了在每个３Ｘ３元胞角上缺失一个六角硅原子环逡逑的低翘起蜂窝状结构。虽然这一结果被刘等人［４３］和Ｖｏｇｔ等人［１１］重复了出来，但逡逑是他们相继提出了不同的结构，即各元胞角位置上的缺失是由于六个硅原子存在逡逑向上低翘起体结构而造成的。近期吴等人进行了邋３Ｘ３重构的硅烯上的吸氢逡逑（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）实验测量［４４］，其报道的结果可以帮助我们更好的解决这里逡逑出现的矛盾。即通过ＳＴＭ实验检测及第一性原理模拟计算发现，吸氢技术可以从逡逑细节上改变３Ｘ３重构的硅烯的翘起结构；他们并以此为基础提出了一个完整的蜂逡逑窝状结构模型。．逡逑图２．２邋（ａ）衬底温度为４８０Ｋ时硅原子沉积在Ａｇ邋（１１１）衬底面上的单层硅烯逡逑ＳＴＭ实验测量图（２００ｎｍＸ２００ｎｍ，邋Ｖｔｉｐ＝１．４３Ｖ）；邋（ｂ）高分辨率ＳＴＭ实验测量结逡逑果（１５ｎｍＸ１５ｎｍ，Ｖｔｉｐ＝－１．０Ｖ），显示出云纹结构的原子晶格，明亮部分是周期为逡逑ｌ．Ｏｎｍ的完整的蜂窝状环

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