Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-28T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 58 s
Description: 学ぶC84埋め込みシリコン基板ヘテロ接合の作製と電気・光電気特性の解析。走査型プローブ顕微鏡と分子動力学シミュレーションを用いたナノ計測手法で、ナノ材料の基礎物性を包括的に評価する。

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著者は、契約番号MOST-102-2923-E-492- 001-MY3 (W. J. Lee) と NSC-102- 2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho) の下でこの研究を財政的に支援してくれた台湾科学技術部に感謝したいと思います。また、この研究を促進するために膨大なコンピューティングリソースを提供してくださった台湾のハイパフォーマンスコンピューティングからの支援にも感謝しています。

<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>

著者らは、開示することは何もありません。

<html>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...

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数値シミュレーションを使用しての問題を取り上げました。

<table><tbody><tr><td>シリコンウェーハ</td><td></td><td></td><td>Si(111)。タイプ/ドーパント:P /ホウ素;抵抗率:0.05-0.1オーム&#183;cm</td></tr><tr><td>カーボン、C84</td><td>Legend Star</td><td></td><td>C84粉末、98%</td></tr><tr><td>塩酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>84422</td><td>RCA、37%</td></tr><tr><td>アンモニウム</td><td>Choneye純薬</td><td></td><td>RCA、25%</td></tr><tr><td>過酸化水素</td><td>Choneye純薬</td><td></td><td>RCA、35%</td></tr><tr><td>窒素</td><td>Ni Ni Air</td><td></td><td>高圧ボトル、95%</td></tr><tr><td>タングステン</td><td>ニラコ</td><td>461327</td><td>ワイヤー、直径0.3 mm、先端</td></tr><tr><td>水酸化ナトリウム</td><td>UCW</td><td>85765</td><td>エッチング タングステンワイヤー 先端用</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>マルコンファインケミカル</td>ズ <td>99920</td><td>液体クロマトグラフィーおよびUV分光光度法</td></tr>に適した <tr><td>メタノール</td><td>マルコンファインケミカル</td>ズ <td>64837</td><td>液体クロマトグラフィーおよび紫外分光光度計</td></tr><tr><td>UHV-SPM</td><td>JEOL LTD</td><td>JSPM-4500A</td><td>超高真空走査トンネル顕微鏡・超高真空原子間力顕微鏡</td></tr><tr><td>電源</td><td>ケース</td><td>レー237</td><td>高圧源測定ユニット</td></tr><tr><td>SQUID</td><td>Quantum desigh</td><td>MPMS-7</td><td>磁場強度:&plusmn;7.0テスラ、温度範囲:2&#8211;400 K、磁気ダイポール範囲:5&nbsp;&times;&nbsp;10-7 &#8211;300 emu</td></tr><tr><td>ALPS</td><td>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</td><td></td><td>Advanced Large-scale Parallel Supercluster、177Tflops、25,600 CPUコア、73,728 GB RAM、1,074 TBストレージ</td></tr></tbody></table>

cプロービング<sub&gt; 84</sub&gt;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

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

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。

。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</sUB&gt;高温、高出力のためのナノエレクトロニクスデバ...

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。

Cプロービング<sub&gt; 84</sub&gt;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

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

本研究の目的は、C84を埋め込んだシリコン基板ヘテロ接合を作製し、その後の解析を通じて、得られた材料の電子特性、光電子特性、機械的特性、磁気特性、および電界放出特性を包括的に理解することである。ナノ材料は、材料革命の広範なトレンドとなっている。走査型プローブ顕微鏡を用いることで、表面上のナノ構造の特性を十分な分解能で同定することが可能となる。分子動力学シミュレーションを用いることで、インデンテーションプロセスのタイプ依存的な原子および機械的挙動をモニターすることができます。すべてのシミュレーションはNCHCのスーパークラスターALPSを用いた並列計算で実施し、すべての実験作業はNCHUのナノサイエンスラボで行われました。手順のデモンストレーションを行うのは、私のグループのChe-Fu、Pei-Fang、Ya-Chi、およびWei-Pinです。まず、シリコン111基板に溶剤を塗布して洗浄し、続いて超高真空システム中で加熱することで、基板表面から酸化層および不純物を除去します。シリコン表面へのC84堆積に向けて、不純物の脱ガスを促進するため、外部電源を用いて加熱フィラメントによりCastle蒸発器を500 degrees celsiusまで予熱します。次に、Castle容器にC84ナノ粒子を充填します。次に、抵抗加熱を用いてクルーシブルを650 °Cまで加熱し、C84ナノ粒子を蒸発させます。次に、5 × 10⁻⁸ Pa以下の圧力に制御したバルブを介して、C84ナノ粒子を直線的に蒸着させ、シリコン基板に衝突させます。その後、超高真空システム内でALBAシリコン(111)基板を900 °Cでプリアニールし、1 × 1構造を得ます。温度を650 °Cに下げて30分間保持し、基板表面にC84ナノ粒子を堆積させます。ALBAシリコン基板において約750 °Cで12時間処理すると、その間に粉末状のC84ナノ粒子が自己組織化し、シリコン111基板の表面に高度に均一なフラーレンアレイを形成します。この時点で、C84を埋め込んだシリコン基板を走査型プローブ顕微鏡（SPM）のサンプルホルダーに設置してください。サンプルを交換チャンバーからサンプル調製チャンバーへ移します。ホルダーをUHV-STMスキャンヘッドシステムに導入し、サンプルを観察チャンバーへ移します。その後、印加するサンプルバイアスを-5 Vから5 Vまでスイープさせます。次に、IV測定項目をクリックし、原子分解能でトンネル電流のアイ（eye）を測定します。測定のため、C84が埋め込まれたシリコン基板上の任意の箇所を少なくとも20か所選択してください。バンドギャップエネルギーを測定するには、テキストプロトコルで指示された表面から、前述の方法でIV曲線をy取得してください。その後、C84を埋め込んだシリコン基板を電界放出（FE）試料ホルダーに設置します。ホルダーをFE分析チャンバーに挿入してください。次に、FE測定のため、チャンバー内を約5×10⁻⁵ Paまで真空排気します。基板に印加する電圧を100Vから1,100Vまで手動で上昇させます。電流増幅器を備えた高電圧ソースメジャーユニットを用いて、印加電圧の関数として、対応する電界放出電流を測定します。次に、試験用基板を光学エミッション測定システムの試料室の中心に配置します。次に、放出波長325 nanometerのヘリウムカドミウムレーザー光源を焦点合わせします。分光計の設定後、放出される光子を収集・分析し、フォトルミネッセンススペクトルを取得します。磁気力顕微鏡（MFM）測定の前に、約2 kilo oerstedの磁場を持つ磁石を適用し、C84を埋め込んだシリコン基板の試料を磁化させます。磁化した試料をMFM試料ステージに設置した後、試料表面に垂直な磁化を印加したリフトモードのMFMを用いて、シリコン基板内に埋め込まれた磁区におけるフラーレンの微細構造を観察します。続いて、SQUID実験に先立ち、磁場強度約2 kilo oerstedの磁石を印加して、C84埋め込みシリコン基板およびC84埋め込みシリコン基板上のC84クラスターの試料を磁化させます。磁化した試料をSQUIDに設置します。次に、約2 kilo oerstedの範囲で掃引磁場を印加します。室温でのSQUID測定により、外部磁場に対する磁化ループを取得します。C84が埋め込まれたシリコン基板の剛性を測定するには、まず基板の一方をAFM（原子間力顕微鏡）のサンプルステージに設置します。次に、適切なシリコン基板を用いて、大気条件下での力測定を行います。前述の方法に従い、AFMおよびUHVシステムを用いて、適切なシリコン基板から力測定値を取得します。シリコン基板を準備するために、OSSDソフトウェアを起動します。検索ボタンをクリックして検索条件パネルを表示します。シリコン基板、元素タイプ、再構成構造、半導体電子、ダイヤモンド格子、111面、および7×7パターンを選択してください。次に、検索ボタンと確定ボタンをクリックして、構造リストパネルを表示します。目的の構造であるシリコン111 7x7表面をクリックします。次に、ファイルボタンをクリックし、座標ファイルをxyzファイルとして保存します。続いて、Ovitoソフトウェアを起動してxyzファイルを読み込み、スライスコマンドを使用して、X方向およびY方向に26.878 by 46.554 angstrom squaredという適切なサイズのシリコン111 7x7表面構造のスーパーセルを切り出します。シミュレーションセルコマンドを使用して、X方向およびY方向のセルサイズを調整し、セルを原点（ゼロ）に移動させます。アフィン変換を行い、「transform matrix」をクリックして、モデルを法線方向に5.714 angstroms移動させます。スライスコマンドを使用して、法線方向に最も下層の原子層をカットします。データをLAMMPS形式でエクスポートします。LAMMPSデータファイル形式を使用することで、セル境界が定義されます。その後、LAMMPS形式のデータをOvitoにリロードしてください。periodic boundaries（周期境界）でラップするコマンドを使用して、セル内の構造を再配置します。アフィン変換を用い、transform matrix（変換行列）をクリックして、モデルを法線方向に84.6 angstromsシフトさせます。simulation cell（シミュレーションセル）コマンドを使用して、Z方向のセルサイズを150 angstromsに調整します。データをLAMMPS形式でエクスポートします。そのデータをOvitoに再読み込みしてください。「show periodic images」機能を使用して、X方向およびY方向に5×3のスーパーセルを複製し、基板のサイズを拡大します。データをLAMMPS形式でエクスポートします。適切なサイズのシリコン111スーパーセルの座標ファイルを作成した後、そのデータをOvitoに読み込みます。「show periodic images」機能を使用して、X、Y、Z方向に5×3×8のスーパーセルを複製し、基板のサイズを拡大します。アフィン変換を使用し、変換行列を選択して、モデルをZ方向に37.6184 angstromsシフトさせて原点に移動させます。データをLAMMPS形式でエクスポートします。テキストエディタを使用して、シリコン111 7×7表面モデルとシリコン111基板モデルのデータファイルを統合します。シリコン111 7×7基板モデルの準備が完了しました。C84フラーレン単分子層を準備するために、ウェブからC84フラーレンの座標ファイルをダウンロードします。自作のプログラムを使用して、ハニカム構造に配置された7×7のC84フラーレンを複製します。次に、自作のプログラムを使用して、シリコン 111 7x7 表面から 3 Å の距離に C84 単分子層を配置します。LAMMPS スクリプトの load data コマンドを使用して、シミュレーションモデルをロードしてください。その後、region コマンドで領域を設定し、create atoms コマンドを使用して直径 5 nm の球状プローブを作成します。最後に、圧入シミュレーション用のLAMMPS入力スクリプトを作成し、詳細な機械的特性を算出します。制御された自己組織化プロセスを用いて、無秩序なシリコン111表面上にC84分子の単層を形成し、さまざまな被覆率でUHV-STMにより測定された一連のトポグラフィー画像にここに示します。C84を埋め込んだシリコン基板の電気的および光学的特性は、STMおよびフォトルミネッセンス分析手法を用いて調査されました。サンプルの優れた材料特性は、原子およびナノスケールでの物質制御にナノテクノロジーをどのように活用できるかを示しています。MFMおよびSQUIDの結果は、C84を埋め込んだ基板の表面磁性を示しています。UHV-AFMの結果は、高温、高出力、高周波アプリケーション向けのナノ電子デバイスにおいて、C84埋め込みシリコン基板が半導体カーバイドの代替となる可能性を実証しています。また、磁気および微小電気機械システムにおいても同様です。C84を埋め込んだ基板のナノインデンテーションに関する分子動力学シミュレーションのプロセスをここに示します。フラーレンを埋め込んだ基板の機械的特性をここに示します。押し込み深さの関数としての対応するスナップショットをここに示します。押し込み深さの関数として得られた押し込み力の結果を用いて、C84単層膜の硬度、低減弾性率、および膨潤剛性を算出します。ナノ材料は、化学的、物理的、および機械的特性の層単位構造により、科学および技術における実用的な発展をもたらすと現在広く認識されています。フラーレンの単層を1層形成させるだけで、シリコン基板の特性を劇的に変化させることができます。本研究において、フラーレンを埋め込んだシリコン基板は、波状のエッジ、優れた燃料放出特性、および高強度を備えており、さらにフラーレンに磁性があることが分かりました。我々が提案する基板は、ナノテクノロジーのより幅広い応用において、より優れた性能を発揮するものと確信しています。このビデオを視聴することで、表面磁性の実験およびシミュレーションの実施方法について深く理解することができます。これらの包括的な手法を実演することで、材料の基本的特性を探索する研究者の道が開かれることになります。

probing-c84-embedded-si-substrate-using-scanning-probe-microscopy

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

走査プローブ単電子容量分光法は、ローカライズされた地下の地域での単一電子の運動の研究を促進する。敏感な電荷検出回路は、半導体試料の表面の下にドーパント原子の小規模システムを調査するために極低温走査型プローブ顕微鏡に組み込まれる。...

走査プローブ単電子容量分光

コロイドプローブナノスコピーは、コロイドシステムの物理的安定性と凝固速度についての洞察を得るための様々な分野で使用され、生物学的システムを用いた創薬と製剤化科学を支援することができます。で説明する方法は、そのようなシステムを研究するための定量的および定性的な手段を提供します。...

コロイドプローブナノスを使用して、粒子間相互作用の定量的および定性的調査

多種多様な単一分子をAFMチップに共有結合するプロトコールが提示されます。これらの分子が固体支持体および生体界面に付着力および自由エネルギーを決定するための手順および例が提供される。...

原子間力分光法による単一分子の接着性を調査

私たちは、モーションキャプチャシステムと完全に没入型のバーチャルリアリティゴーグルを使用して、実験者の手によって3Dで駆動される走査型プローブ顕微鏡の先端を使用して、金属表面上の個々の有機分子の正確な操作を実演します。...

3Dバーチャルリアリティのインターフェイスを持つ走査型プローブ顕微鏡を介した単一分子のハンド制御された操作

私たちは、局所的な機械的接触を使用して、薄い超伝導膜の個々の渦を操作するためのプロトコルを提示します。この方法には、電流、磁場、または追加の製造ステップを印加することは含まれていません。...

現地連絡先によって渦操作のSQUID研究をスキャンします

走査型トンネル顕微鏡を用いたシリコン中のドーパント原子のナノ秒分解電荷ダイナミクスを観察するすべての電子方法を示す.

すべて電子ナノ秒分解走査型トンネル顕微鏡: 単一ドーパントの電荷ダイナミクスの調査を促進します。

広域走査型プローブ ナノリソグラフィ プローブ アレイの反復的な配置として細胞表面の相互作用研究のためのリソグラフィー...

広域走査型プローブ ナノリソグラフィ自動配置と細胞培養研究用基板作製への応用

ここでは、構造と界面の水 submolecular...

構造と走査型トンネル顕微鏡および分光法による界面の水のダイナミクスを調べる

ここでは、静的および時間経過の原子間力顕微鏡 (AFM)...

構造と原子間力顕微鏡イメージングによるヌクレオソームのダイナミクスを調べる

原子間力顕微鏡(AFM)とスキャン電気化学顕微鏡(SECM)、すなわちAFM-SECMを組み合わせることで、ナノスケールで材料表面の高解像度の地形情報や電気化学的情報を同時に取得することができます。このような情報は、ナノ材料、電極、生体材料の局所的な表面上の異種特性(反応性、欠陥、反応部位など)を理解するために重要です。...

ハイブリッド原子間力顕微鏡走査型電気化学顕微鏡(AFM-SECM)を用いたナノ材料の表面電気化学的活性の調査

ナノスケールの分解能による大規模なサンプル検査は、特にナノ加工された半導体ウェーハにおいて、幅広い用途があります。原子間力顕微鏡は、この目的のための優れたツールとなり得ますが、イメージング速度によって制限されます。本研究では、AFMに並列アクティブカンチレバーアレイを採用し、ハイスループットかつ大規模な検査を可能にしています。...

クワトロパラレルカンチレバーアレイを用いたアクティブプローブ原子間力顕微鏡によるハイスループット大規模サンプル検査(英語)

学ぶC84埋め込みシリコン基板ヘテロ接合の作製と電気・光電気特性の解析。走査型プローブ顕微鏡と分子動力学シミュレーションを用いたナノ計測手法で、ナノ材料の基礎物性を包括的に評価する。

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