Name: Probing C 84 -embedded Si Substrat Utiliser Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-28T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 58 s
Description: Découvrez la fabrication d'un hétérojonction silicium-C84 et son analyse par microscopie à sonde locale et simulations de dynamique moléculaire. Cette méthode révèle les propriétés électroniques et optoélectroniques des nanomatériaux.

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Les auteurs tiennent à remercier le Ministère de la Science et de la Technologie de Taïwan pour son soutien financier à cette recherche dans le cadre des contrats n° MOST-102-2923-E-492- 001-MY3 (W. J. Lee) et NSC-102- 2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). Le soutien du High-Performance Computing of Taiwan pour fournir d’énormes ressources informatiques afin de faciliter cette recherche est également remercié.

<ol><li>Kroto, H. W., Heath, J. R., O'Brien, S. C., Curl, R. F., Smalley, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((C60%3A+Buckminsterfullerene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">C60: Buckminsterfullerene.</a> Nature. 318, 162-163 (1985).</li>
<li>Zhu, Z. P., Gu, Y. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+of+carbon+caps+and+formation+of+fullerenes%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Structure of carbon caps and formation of fullerenes.</a> Carbon. 34, 173-178 (1996).</li>
<li>Margadonna, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+Structure+of+the+Higher+Fullerene+C84%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Crystal Structure of the Higher Fullerene C84.</a> Chem. Mater. 10, 1742-1744 (1998).</li>
<li>Diederich, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Higher+Fullerenes%3A+Isolation+and+Characterization+of+C76%2C+C84%2C+C90%2C+C94%2C+and+C70O%2C+an+Oxide+of+D5h-C70%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The Higher Fullerenes: Isolation and Characterization of C76, C84, C90, C94, and C70O, an Oxide of D5h-C70.</a> Science. 252, 548-551 (1991).</li>
<li>Lv, Z., Deng, Z., Xu, D., Li, X., Jia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+organic+light-emitting+diodes+with+C60+buffer+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Displays%22%5BJournal%5D)">Efficient organic light-emitting diodes with C60 buffer layer.</a> Displays. 30, 23-26 (2009).</li>
<li>Tokunaga, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+difference+in+electronic+properties+between+fullerene+C60+and+C60X2%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">On the difference in electronic properties between fullerene C60 and C60X2.</a> Chem. Phys. Lett. 476, 253-257 (2009).</li>
<li>Basa, D. K., Smith, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Annealing+and+crystallization+processes+in+a+hydrogenated+amorphous+Si---C+alloy+film%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Annealing and crystallization processes in a hydrogenated amorphous Si---C alloy film.</a> Thin Solid Films. 192, 121-133 (1990).</li>
<li>Neudeck, P. G., Powell, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+limiting+micropipe+defects+in+silicon+carbide+wafers%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Electron+Device+Lett%22%5BJournal%5D)">Performance limiting micropipe defects in silicon carbide wafers.</a> IEEE Electron Device Lett. 15, 63-65 (1994).</li>
<li>Huang, C. P., Su, C. C., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intramolecular+Structures+of+C60+and+C84+Molecules+on+Si%28111%29-7x7+Surfaces+by+Scanning+Tunneling+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Intramolecular Structures of C60 and C84 Molecules on Si(111)-7x7 Surfaces by Scanning Tunneling Microscopy.</a> Appl. Surf. Sci. 254, 7712-7717 (2008).</li>
<li>Huang, C. P., Su, C. C., Su, W. S., Hsu, C. F., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-measurements+of+electronic+and+mechanical+properties+of+fullerene+embedded+Si%28111%29+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-measurements of electronic and mechanical properties of fullerene embedded Si(111) surfaces.</a> Appl. Phys. Lett. 97, 061908(2010).</li>
<li>Huang, C. P., Hsu, C. F., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+Fullerene+Embedded+Silicon+Surfaces+with+Scanning+Probe+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanosci.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Investigation of Fullerene Embedded Silicon Surfaces with Scanning Probe Microscopy.</a> J. Nanosci. Nanotechnol. 10, 7145-7148 (2010).</li>
<li>Huang, C. P., Su, W. S., Su, C. C., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+of+Si%28111%29+surface+with+embedded+C84+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Characteristics of Si(111) surface with embedded C84 molecules.</a> RSC Adv. 3 (111), 9234-9239 (2013).</li>
<li>Method of forming self-assembled and uniform fullerene array on surface of substrate. US Patent. , US9109278 (2015).</li>
<li>Plimpton, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+Parallel+Algorithms+for+Short-Range+Molecular+Dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics.</a> J. Comp. Phys. 117, 1-19 (1995).</li>
<li>Su, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+a+functional+C84+monolayer+to+improve+the+mechanical+properties+and+alter+substrate+deformation%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Using a functional C84 monolayer to improve the mechanical properties and alter substrate deformation.</a> RSC Adv. 5, 47498-47505 (2015).</li>
<li>Stukowski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+and+analysis+of+atomistic+simulation+data+with+OVITO-+the+Open+Visualization+Tool%5BTitle%5D)+AND+%22Modelling+Simul.+Mater.+Sci.+Eng%22%5BJournal%5D)">Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO- the Open Visualization Tool.</a> Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012(2010).</li>
<li>Watson, P. R., Hove, M. A. V., Hermann, K. Open Surface Structure Database. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/oSSD ">http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/oSSD </a> (2014).</li>
<li>Tersoff, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+empirical+model+for+the+structural+properties+of+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">New empirical model for the structural properties of silicon.</a> Phys. Rev. Lett. 56, 632(1986).</li>
<li>Stuart, S. J., Tutein, A. B., Harrison, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reactive+potential+for+hydrocarbons+with+intermolecular+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions.</a> Journal of Chemical Physics. 112, 6472(2000).</li>
<li>Rapaport, D. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRapaport%2C+DC+%22The+Art+of+Molecular+Dynamics+Simulations%22">The Art of Molecular Dynamics Simulations</a>. , Cambridge University Press. (1997).</li>
<li>Fowler, P. W. Cn Fullerenes. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.nanotube.msu.edu ">http://www.nanotube.msu.edu </a> (2013).</li>
<li>Chandra, N., Namilae, S., Shet, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+elastic+properties+of+carbon+nanotubes+in+the+presence+of+Stone-Wales+defects%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Local elastic properties of carbon nanotubes in the presence of Stone-Wales defects.</a> Phys. Rev. B. 69, 094101(2004).</li>
<li>Honeycutt, J. D., Andersen, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Dynamics+Study+of+Melting+and+Freezing+of+Small+Lennard-Jones+Clusters%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Molecular Dynamics Study of Melting and Freezing of Small Lennard-Jones Clusters.</a> J. Phys. Chem. 91, 4950(1987).</li>
<li>Schulz, M. J., Kelkar, A. D., Sundaresan, M. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchulz%2C+MJ+%22Nanoengineering+of+Structural%2C+Functional+and+Smart+Materials%22">Nanoengineering of Structural, Functional and Smart Materials</a>. , Taylor & Francis. 736(2005).</li>
<li>Ju, S. P., Wang, C. T., Chien, C. H., Huang, J. C., Jian, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Nanoindentation+Responses+of+Nickel+Surfaces+with+Different+Crystal+Orientations%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Simulation%22%5BJournal%5D)">The Nanoindentation Responses of Nickel Surfaces with Different Crystal Orientations.</a> Molecular Simulation. 33, 905-917 (2007).</li>
<li>Mishin, Y., Suzuki, A., Uberuaga, B. P., Voter, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stick-slip+behavior+of+grain+boundaries+studied+by+accelerated+molecular+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Stick-slip behavior of grain boundaries studied by accelerated molecular dynamics.</a> Phys. Rev. B. 75, (2007).</li>
</ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à dévoiler.

<html> Dans cette étude, nous démontrons la fabrication d&#39;une monocouche auto-assemblée de C 84 sur un substrat de Si à travers un nouveau procédé de recuit (figure 1). Ce procédé peut également être utilisé pour préparer d&#39;autres types de substrats semi-conducteurs nanoparticules enrobées. Le C 84 -embedded substrat Si a été caractérisé à l&#39;échelle atomique utilisant UHV-STM (Figure 2), spectromètre à émission de champ, la spectroscopie photo-luminescen...

Molécules de fullerènes et les matériaux composites qui les composent se distinguent parmi les nanomatériaux en raison de leurs caractéristiques structurelles excellentes, la conductivité électronique, résistance mécanique, et les propriétés chimiques 1-4. Ces matériaux se sont avérés très bénéfiques dans un éventail de domaines, tels que l&#39; électronique, l&#39; informatique, la technologie des piles à combustible, les cellules solaires, et la technologie d&#39;émission de champ 5,6. Parmi ces matériaux, le carbure de silicium (SiC) composites de nanoparticules ont reçu notamment l&#39;attention grâce à leur large écart de bande, à haute conductivité thermique et de la stabilité, la capacité de claquage électrique élevée, et l&#39;inertie chimique. Ces avantages sont particulièrement évidents dans les dispositifs optoélectroniques, transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET), diodes électroluminescentes (DEL) et à haute puissance, haute fréquence, et des applications à haute température. Cependant, des défauts de haute densité fréquemment observés sur la surface de Conventicarbure de silicium onal peut avoir des effets néfastes sur la structure électronique, conduisant même à la défaillance du dispositif 7,8. En dépit du fait que l&#39;application de SiC a été étudié depuis 1960, ce problème non résolu reste particulier. Le but de cette étude était la fabrication d&#39;un C 84 -embedded hétérojonction substrat Si et une analyse ultérieure pour obtenir une compréhension complète des propriétés d&#39;émission électroniques, optoélectroniques, mécaniques, magnétiques, et sur le terrain des matériaux résultants. Nous avons également abordé la question de l&#39;utilisation de la simulation numérique pour prédire les caractéristiques des nanomatériaux, à travers la nouvelle application de calculs de dynamique moléculaire.

<table><tbody><tr><td>Plaquette</td><td></td><td></td> de silicium <td>Si(111). Type/Dopant : P/Bore ; Résistivité : 0.05-0.1 Ohm&#183 ; cm</td></tr><tr><td>Carbone, C84</td><td>Legend Star</td><td></td><td>C84 poudre, 98 %</td></tr> <tr><td>Acide chlorhydrique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>84422</td><td>RCA, 37 %</td></tr> <tr><td>Ammonium</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 25 %</td></tr> <tr><td>Peroxyde d’hydrogène</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 35 %</td></tr> <tr><td>Azote</td><td>Ni Ni Air</td><td></td><td>bouteille haute pression, 95 %</td></tr> <tr>Fil <td>de 461327</td><td>Nilaco</td> de <td>tungstène</td><td>, diamètre 0,3 mm, pointe</td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium</td><td>UCW</td><td>85765</td><td>gravure Fil de tungstène pour pointe</td></tr><tr><td>Acétone</td><td>Marcon Fine Chemicals</td><td>99920</td><td>adapté à la chromatographie liquide et à la spectrophotométrie UV</td></tr><tr><td>Méthanol</td><td>Marcon Fine Chemicals</td><td>64837</td><td>adapté à la chromatographie liquide et Spectrophotométrie</td></tr><tr><td>UV UHV-SPM</td><td>JEOL Ltd</td><td>JSPM-4500A</td><td>Microscope à effet tunnel à balayage sous ultra-vide et microscope à force atomique sous ultravide</td></tr><tr><td>Alimentation</td><td>Keithley</td><td>237</td><td>Unité de source-mesure haute tension</td></tr><tr><td>SQUID</td><td>Quantum desigh</td><td>MPMS-7</td><td>Intensité du champ magnétique : &plusmn ; 7,0 Tesla, plage de température : 2&#8211 ; 400 K, plage de dipôle magnétique : 5 po & fois ; &nbsp ; 10-7 &#8211 ; 300 emu</td></tr><tr><td></td><td>ALPS National Center for High-Performance Computing, Taiwan</td><td></td><td>Advanced Large-scale Parallel Supercluster, 177 Tflops ; 25 600 cœurs de processeur ; 73 728 Go de RAM ; 1 074 To de stockage</td></tr></tbody></table>

probing c<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded si substrat utiliser scanning probe microscopy and molecular dynamics

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Cet article présente un tableau conçu C 84 -embedded substrat Si fabriqué en utilisant une méthode d&#39; auto-assemblage contrôlé dans une chambre à vide ultra-haute. Les caractéristiques de la C 84 -embedded surface Si, comme résolution atomique topographie, densité électronique locale d&#39;états, énergie de bande interdite, les propriétés d&#39;émission de champ, la rigidité nanomécanique, et le magnétisme de surface, ont été examinés à l&#39; aide d&#39; une variété de techniques d&#39;analyse de surface sous ultra, vide élevé (UHV), ainsi que les conditions dans un système atmosphérique. Les résultats expérimentaux démontrent la grande uniformité de la C 84 -embedded Si surface fabriqué en utilisant un mécanisme d&#39; auto-assemblage nanotechnologie contrôlé, représente un développement important dans l&#39;application de l&#39; émission de champ d&#39; affichage (FED), la fabrication de dispositifs optoélectroniques, MEMS outils de coupe, et dans les efforts pour trouver un remplacement convenable pour les semi-conducteurs en carbure. La dynamique moléculaire méthode (MD) avec un potentiel semi-empirique peut be utilisée pour étudier la nanoindentation de C 84 -embedded substrat Si. Une description détaillée pour effectuer la simulation MD est présenté ici. Détails pour une étude approfondie sur l&#39;analyse mécanique de simulation MD comme la force d&#39;indentation, le module de Young, la rigidité de la surface, le stress atomique, et la souche atomique sont inclus. Les contraintes et déformations von-Mises atomiques distributions du modèle d&#39;indentation peuvent être calculées pour surveiller le mécanisme de déformation à l&#39;évaluation du temps dans le niveau atomistique.

Une monocouche de C 84 molécules sur un Si (111) de surface désordonnée a été fabriqué en utilisant un procédé d&#39; auto-assemblage contrôlée dans une chambre UHV La figure 1 montre une série d&#39;images topographiques mesurées par UHV-STM avec divers degrés de couverture. (A) 0,01 ML, (b) 0,2 ML, (c) 0,7 ML, et (d) 0,9 ml. Les propriétés électroniques et optiques du substrat en Si incorporé en C 84 ont également été étudiés en utilisant une variété de techniques d&#39;analyse d...

Cet article rend compte de la fabrication en nanomatériaux d’un substrat de silicium fullerène inspecté et vérifié par nanomesures et simulation de dynamique moléculaire.

Probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si Substrat Utiliser Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

L'objectif de cette étude est la fabrication d'une hétérojonction à base de silicium intégrant du C84, suivie d'une analyse afin d'obtenir une compréhension approfondie des propriétés électroniques, optoélectroniques, mécaniques, magnétiques et d'émission de champ des matériaux obtenus. Les nanomatériaux que j'ai dans le dispositif de fabrication représentent une tendance croissante dans la révolution des matériaux. À l'aide d'un microscope à sonde fine, nous serons en mesure d'identifier les caractéristiques des nanostructures présentes à la surface avec une résolution suffisante.À l'aide de simulations de dynamique moléculaire, nous pouvons surveiller le type, la dépendance, le comportement atomique et mécanique du processus d'indentation. Toutes les simulations ont été effectuées en calcul parallèle sur le supercluster ALPS du NCHC, et tous les travaux expérimentaux ont été réalisés dans le laboratoire de nanoscience de l'NCHU. Les personnes qui ont démontré les procédures seront Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi et Wei-Pin de mon équipe.Tout d'abord, soumettez un substrat de silicium 111 à un nettoyage impliquant l'application d'un solvant suivie d'un chauffage dans un système sous ultr

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