Cプロービング 84走査型プローブ顕微鏡および分子動力学を用いたSi基板を-embedded

Summary

この論文は、ナノ測定と分子動力学シミュレーションによって検査および検証されたフラーレンSi基板のナノ材料製造を報告します。

Abstract

本稿では報告アレイ設計C _84は、Si基板を超高真空チャンバ内で制御自己組織化法を用いて作製-embedded。 C ₈₄の特性は、状態の局所電子密度、バンドギャップエネルギー、電界放出特性、ナノ剛性、表面磁性が超下表面分析、様々な技術を用いて調べた、そのような原子分解能地形として、Si表面を-embedded高真空（UHV）条件だけでなく、大気のシステム。実験結果は、C ₈₄の高い均一性は、Si表面が制御自己組織化ナノ機構を使用して製造-embeddedフィールドエミッションディスプレイ（FED）、光電子デバイスの製造、切削工具MEMSの応用において、努力において重要な発展を示し実証しますカーバイド半導体のための適切な代替品を見つけることができます。半経験的ポテンシャルと分子動力学（MD）メソッドは、bはできC ₈₄のナノインデンテーションを研究するために使用した電子は、Si基板を-embedded。 MDシミュレーションを実行するための詳細な説明はここに提示されています。このような押し込み力、ヤング率、表面剛性、原子ストレス、および原子株とMDシミュレーションの機械的分析に関する総合的研究のための詳細が含まれています。インデントモデルの原子ストレスおよびフォン・ミーゼスひずみ分布は、原子レベルでの時間評価の変形メカニズムを監視するために計算することができます。

Introduction

フラーレン分子及びそれらが含む複合材料は、その優れた構造特性、電気伝導性、機械的強度、および化学的性質^1-4によるナノ材料の中で独特です。これらの材料は、電子機器、コンピュータ、燃料電池技術、太陽電池、電界放出技術^5,6のような分野の範囲内の非常に有益であることが証明されています。

これらの中でも、炭化シリコン（SiC）、ナノ粒子複合体は、その広いバンドギャップ、高い熱伝導性及び安定性、高い絶縁破壊能力、及び化学的不活性に特に注意のおかげを受けています。これらの利点は、光電子デバイス、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）、発光ダイオード（LED）、高電力、高周波、及び高温の用途において特に明らかです。しかしながら、高密度の欠陥は、一般的にconventiの表面上に観察さonal炭化ケイ素も装置故障^7,8につながる、電子構造に有害な影響を有し得ます。 SiCのアプリケーションは1960年以来研究されてきたという事実にもかかわらず、この特定の未解決の問題が残ります。

本研究の目的は、C ₈₄の製造は、得られる材料の電子、光電子、機械、磁気、電界放出特性の総合的な理解を得るために、Si基板のヘテロ接合とその後の分析を-embeddedました。我々はまた、分子動力学計算の新規のアプリケーションを介して、ナノ材料の特性を予測する....

Protocol

注：用紙が半導体基板の表面上に自己組織化フラーレン・アレイの形成に使用される方法の概要を説明します。具体的には、微小電気機械システム（MEMS）における電界エミッタまたは基板として使用するためのフラーレン内蔵シリコン基板を製造するための新規な方法、および高温、高出力、アプリケーションと高中で光電子デバイスを提供します-frequencyデバイス^9-13。

Si基板上のC ₈₄の六角クローズパッケージ化（HCP）上層の1製作

1. 清浄なSi（111）基板を準備します
   1. 基板の表面から酸化物層及び不純物を除去するための超高真空システム内で加熱し、溶媒の適用を含むRCAの対象とSi基板洗浄（アメリカのラジオ・コーポレーション）、（支持材を参照）。
      注：ここで、用語「UHV超高真空システムは、 "意味します1×10以下の真空に^-8 Paでは、Si（111）の調製に用いられます。
2. UHVシステムでの熱蒸着を使用したシリコン表面に入金C ₈₄
   1. 不純物の脱ガスを促進するために500°Cに加熱フィラメントを介して外部電源とKセル蒸発器を予熱。
   2. K-セル容器にC ₈₄ナノ粒子をロードします。抵抗650°CにK-セルを加熱します。 C ₈₄の容器中のナノ粒....

Results

。乱れたSi（111）表面上のC ₈₄分子の単分子層は、 図1のUHVチャンバ内に制御自己組織化プロセスを用いて製造カバレージの種々の程度でUHV-STMによって測定トポグラフィ画像の系列を示した：（A） 0.01 ML、（B）0.2 ML（C）0.7 ML、および（d）0.9 ML。 C ₈₄埋め込まれたSi基板の電子的及び光学的特性はまた、STM及びPL（ 図2）のような表面分析技術の様々な方法を用いて調べました。得られた試​​料の優れた材料特性は、ナノテクノロジーはatomic-とナノスケールでの物質の制御のために使用することができる方法を示します。 図3のMFMとSQUIDの結果はC ₈₄内蔵基板の表面磁性を示す。 図4は、提案された基板のナノメカニクスを参照してくださいUHV-AFMの結果を示します。我々の実験結果は、C ₈₄の可能性を示します図4の）磁気およびMEMSデバイス。

Discussion

本研究では、新規のアニール処理を経て、Si基板上にC ₈₄の自己組織化単分子膜（ 図1）の製造を実証します。このプロセスはまた、ナノ粒子に埋め込まれた半導体基板の他の種類を調製することができます。 C _84は、Si基板をUHV-STM（ 図2）、電界発光分光計、フォトルミネッセンス分光、MFMとSQUID（ 図3）を使用して、原子スケールで特徴づけられた-embedded。

C ₈₄のナノ特性（ すなわち 、応力）に対応する接着強度は、Si基板のAFM（ 図4）を用いて測定することができる-embedded。我々の結果は、提案されたC ₈₄の硬度は、Si基板をツールならびにMEMSデバイスでフィルムを切断するための研磨材として、それが適用されるなって、SiCとSiの表面に匹敵する-embedded.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
シリコンウェーハ			Si(111)。タイプ/ドーパント:P /ホウ素;抵抗率:0.05-0.1オーム·cm
カーボン、C84	Legend Star		C84粉末、98%
塩酸	Sigma-Aldrich	84422	RCA、37%
アンモニウム	Choneye純薬		RCA、25%
過酸化水素	Choneye純薬		RCA、35%
窒素	Ni Ni Air		高圧ボトル、95%
タングステン	ニラコ	461327	ワイヤー、直径0.3 mm、先端
水酸化ナトリウム	UCW	85765	エッチング タングステンワイヤー 先端用
アセトン	マルコンファインケミカル	99920	液体クロマトグラフィーおよびUV分光光度法
メタノール	マルコンファインケミカル	64837	液体クロマトグラフィーおよび紫外分光光度計
UHV-SPM	JEOL LTD	JSPM-4500A	超高真空走査トンネル顕微鏡・超高真空原子間力顕微鏡
電源	ケース	レー237	高圧源測定ユニット
SQUID	Quantum desigh	MPMS-7	磁場強度:±7.0テスラ、温度範囲:2–400 K、磁気ダイポール範囲:5 × 10-7 –300 emu
ALPS	国立ハイパフォーマンスコンピューティングセンター、台湾		Advanced Large-scale Parallel Supercluster、177Tflops、25,600 CPUコア、73,728 GB RAM、1,074 TBストレージ