Este artículo informa sobre la fabricación de nanomateriales de un sustrato de silicio fullereno inspeccionado y verificado mediante nanomediciones y simulación dinámica molecular.
Method Article
Este artículo informa sobre la fabricación de nanomateriales de un sustrato de silicio fullereno inspeccionado y verificado mediante nanomediciones y simulación dinámica molecular.
Este documento informa de una matriz de diseño C 84 -embedded sustrato de Si fabricado usando un método de auto-ensamblaje controlada en una cámara de vacío ultra-alto. Las características de la C 84 -embedded superficie Si, como la resolución de la topografía atómico, la densidad electrónica local de los estados, de la energía de banda prohibida, las propiedades de emisión de campo, rigidez nanomecánica, y el magnetismo de la superficie, se examinaron usando una variedad de técnicas de análisis de superficies bajo Ultra, alto vacío (UHV) condiciones, así como en un sistema atmosférico. Los resultados experimentales demuestran la alta uniformidad de la C 84 -embedded Si superficie fabricados utilizando un mecanismo de auto-ensamblaje nanotecnología controlada, representa un desarrollo importante en la aplicación de la pantalla de emisión de campo (FED), la fabricación del dispositivo optoelectrónico, MEMS herramientas de corte, y en los esfuerzos para encontrar un sustituto adecuado para los semiconductores de carburo. La dinámica molecular método (MD) con un potencial de semi-empírica puede be utilizado para estudiar el nanoindentación de C 84 -embedded sustrato de Si. Una descripción detallada de la realización de la simulación MD se presenta aquí. Se incluyen detalles de un amplio estudio sobre el análisis mecánico de la simulación MD como fuerza de indentación, el módulo de Young, la rigidez de la superficie, el estrés atómica, y la tensión atómica. Las tensiones y deformaciones von Mises-distribuciones atómicas del modelo de indentación se pueden calcular para monitorear mecanismo de deformación con la evaluación de tiempos en el nivel atomista.
Moléculas de fullereno y los materiales compuestos que comprenden son distintivos entre los nanomateriales debido a sus excelentes características estructurales, conductividad electrónica, resistencia mecánica y propiedades químicas 1-4. Estos materiales han demostrado ser muy beneficioso en una amplia gama de campos, tales como la electrónica, la informática, la tecnología de células de combustible, células solares, y la tecnología de emisión de campo 5,6.
Entre estos materiales, carburo de silicio (SiC) compuestos de nanopartículas han recibido una atención especial gracias a su brecha de banda ancha, alta conductividad térmica y estabilidad, alta capacidad de ruptura eléctrica, e inercia química. Estos beneficios son particularmente evidentes en los dispositivos optoelectrónicos, transistores de metal-óxido-semiconductor de efecto de campo (MOSFET), diodos emisores de luz (LEDs), y de alta potencia, alta frecuencia, y aplicaciones de alta temperatura. Sin embargo, los defectos de alta densidad comúnmente observados en la superficie de conventicarburo de silicio onal puede tener efectos perjudiciales sobre la estructura electrónica, llegando incluso a 7,8 fallo del dispositivo. A pesar de que la aplicación de SiC se ha estudiado desde 1960, este problema no resuelto en particular permanece.
El objetivo de este estudio fue la fabricación de un C 84 -embedded heterounión sustrato de Si y el posterior análisis para obtener una comprensión global de las propiedades de emisión electrónicos, optoelectrónicos, mecánicos, magnéticos, y en el campo de los materiales resultantes. También se abordó la cuestión de la utilización de la simulación numérica para predecir las características de los nanomateriales, a través de la nueva aplicación de cálculos de dinámica molecular.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
NOTA: El documento describe los métodos utilizados en la formación de una matriz de fullereno auto-ensamblada en la superficie de un sustrato semiconductor. Específicamente, se presenta un nuevo método para la preparación de un sustrato de silicio fullereno embebido para su uso como un emisor de campo o sustrato en sistemas microelectromecánicos (MEMS), y dispositivos optoelectrónicos en alta temperatura, de alta potencia, aplicaciones, así como en alto dispositivos -Variador 9-13.
1. La fabricación del Hexagonal-cierra-envasados (HCP) sobrecapa de C 84 en Si Sustrato
2. Las mediciones de propiedades electrónicas de C 84 -embedded Si Sustrato
3. Medida del magnetismo de la superficie
4. Medición de las Propiedades por AFM nanomecánicos
NOTA: Microscopía de fuerza atómica (AFM) proporciona unapoderosa herramienta para la caracterización de las propiedades del material y mecánicas a la micro y nano-escala en el aire, así como en un entorno de UHV
5. Medición de las propiedades nanomecánicos por MD simulación
Nota: En la sección de simulación, OVITO 16 (visualizati de código abiertode software) y, circuito de habilitación 17 (base de datos de estructura de superficie abierta) se utilizan para crear la visualización modelo de simulación y los resultados. LAMMPS 14 (un código abierto dinámica molecular (MD) paquete de simulación) se emplea para llevar a cabo la simulación de nanoindentación y analizar los resultados de la simulación 15. Todos los puestos de trabajo de simulación se realizan con la computación en paralelo en la avanzada a gran escala Supercluster paralelo (ALPS) de NCHC.
NOTA: Para estudiar el C 84 monocapa / heterounión sustrato de Si mediante el uso de la simulación MD, uno debe preparar un modelo de simulación por varios pasos para obtener una relajada C 84 monocapa incrustado en el sustrato de Si. Tenga en cuenta que es difícil generar una exactamente la misma estructura de los datos experimentales, debido a la compleja estructura de la inter entre C 84 monocapa y Si (111) heterounión sustrato. Como resultado, se utiliza una manera artificial para generar el modelo de simulación con varios pasos de procedimiento,que se ilustra en la Figura 5. Se describen los detalles en los siguientes protocolos. Se describe cómo configurar el parámetro de MD en LAMMPS, establecer un ambiente relajado C 84 monocapa fullereno incrustado en un sustrato, lleve a cabo un procedimiento de sangría, y analizar los resultados de la simulación.
(1)
(2)
(3)
(4)
y
son las componentes de la velocidad de átomo de i en el m - y n -INSTRUCCIONES, respectivamente; V i es el volumen asignado alrededor átomo i; N s es el número de partículas contenidas dentro de la región S, donde S se define como la región de interacción atómica ; Φ (r ij) es la función potencial; r ij es la distancia entre los átomos i y y
son el m - y n -Dirección componentes del vector del átomo i al átomo j.
(5) Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Una monocapa de C 84 moléculas en una (111) de superficie desordenada Si se fabricó utilizando un proceso de autoensamblaje controlado en una cámara UHV Figura 1 muestra una serie de imágenes topográficas medidos por UHV-STM con varios grados de cobertura:. (A) 0,01 ML, (b) 0.2 ML, (c) 0,7 ML, y (d) 0,9 ML. Las propiedades electrónicas y ópticas del sustrato de Si incrustado C 84 también se investigaron mediante una variedad de técnicas de análisis de superficies, tales como STM y ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
En este estudio, hemos demostrado la fabricación de una monocapa auto-ensamblado de C 84 en un sustrato de Si a través de un novedoso proceso de recocido (Figura 1). Este proceso también se puede utilizar para preparar otros tipos de sustratos semiconductores de nanopartículas embebido. El C 84 -embedded sustrato de Si se caracterizó a escala atómica utilizando UHV-STM (Figura 2), el espectrómetro de emisión de campo, la espectroscopia de fotoluminiscencia, M...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer al Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán por su apoyo financiero a esta investigación bajo los Contratos Nos. MOST-102-2923-E-492- 001-MY3 (W. J. Lee) y NSC-102- 2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). También se agradece el apoyo de la Computación de Alto Rendimiento de Taiwán en el suministro de enormes recursos informáticos para facilitar esta investigación.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Oblea | Si(111). Tipo/Dopante: P/Boro; Resistividad: 0.05-0.1 Ohm· cm | ||
| Carbono, C84 | Legend Star | C84 polvo, 98% | |
| Ácido clorhídrico | Sigma-Aldrich | 84422 | RCA, 37% |
| Amonio | Choneye Pure Chemical | RCA, 25% | |
| Peróxido de hidrógeno | Choneye Pure Chemical RCA | , 35% | |
| Nitrógeno | Ni Ni Aire | frasco de alta presión, 95% | |
| Tungsteno | Nilaco | 461327 | alambre, diámetro 0,3 mm, punta |
| Hidróxido de sodio | UCW | 85765 | grabado Alambre de tungsteno para punta |
| Acetona | Marcon Fine Chemicals | 99920 | adecuado para cromatografía líquida y espectrofotometría UV |
| Metanol | Marcon Fine Chemicals | 64837 | adecuado para cromatografía líquida y Espectrofotometría |
| UV UHV-SPM | JEOL Ltd | JSPM-4500A | Microscopio de efecto túnel de barrido de ultra alto vacío y microscopio de fuerza atómica de ultra alto |
| Fuente | Keithley | 237 | Unidad de medición de fuente de alto voltaje |
| SQUID | Quantum desigh | MPMS-7 | Intensidad del campo magnético: ± 7.0 Tesla, Rango de temperatura: 2– 400 K, rango de dipolo magnético: 5 y tiempos; 10-7 – 300 emu |
| Centro | Nacional de Computación de Alto Rendimiento ALPS, Taiwán | Superclúster paralelo avanzado a gran escala, 177 Tflops; 25.600 núcleos de CPU; 73.728 GB de RAM; 1.074 TB de almacenamiento |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission