Method Article

C 프로빙 (84)은 스캐닝 프로브 현미경 및 분자 역학을 사용하여 실리콘 기판을 - 임베디드

DOI:

10.3791/54235

⸱

September 28th, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Physics and Institute of Nanoscience, National Chung Hsing University, 2Metallurgy Section, Materials & Electro-Optics Research Division, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, 3National Center for High-Performance Computing

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 논문은 나노 측정 및 분자 역학 시뮬레이션으로 검사 및 검증된 풀러렌 Si 기판의 나노 물질 제조를 보고합니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 논문은 어레이 디자인 C (84)의 Si 기판 - 임베디드은 초고 진공 챔버 내에 제어 된 자기 조립 방법을 이용하여 제조보고한다. 은 C (84)의 특징은, 이러한 원자 해상도 지형 상태 로컬 전자 밀도, 밴드 갭 에너지, 전계 방출 특성, 나노 기계 강성, 표면 자력으로, 실리콘 표면 - 임베디드 울트라 하에서 표면 분석하는 다양한 기술을 이용하여 조사 하였다 높은 진공 (UHV) 조건뿐만 아니라에서 대기 시스템. 실험 결과는 C (84)의 높은 균일 성 실리콘 표면이 제어 된 자기 조립 나노 메커니즘을 사용하여, 절삭 공구, 전계 방출 디스플레이 (FED), 광전자 소자 제조, MEMS의 응용에서 중요한 발전을 나타낸다하여 제조 - 임베디드 및 노력 입증 카바이드 반도체에 적합한 교체를 찾을 수 있습니다. 반 경험적 잠재력을 가진 분자 역학 (MD) 방법은 수 bC (84)의 나노 압입을 연구하는 데 전자는 Si 기판을 - 임베디드. MD 시뮬레이션을 수행하기위한 상세한 설명은 여기에 제공된다. 들여 쓰기의 힘, 탄성 계수, 표면 강도, 원자 스트레스, 원자 변형 등의 MD 시뮬레이션의 기계적 분석에 대한 종합적인 연구를위한 세부 사항이 포함되어 있습니다. 압입 모델의 원자 스트레스 - 폰 미제스 응력 분포는 원자 적 레벨 시간 평가를 변형 메커니즘을 모니터링하도록 계산 될 수있다.

Introduction

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풀러렌 분자와 그들의 우수한 구조적 특성, 전기 전도성, 기계적 강도, 화학적 특성 1-4 그들은 나노 물질 중 독특한입니다 구성하는 복합 재료. 이들 재료는 전자, 컴퓨터, 연료 전지 기술은 태양 전지, 및 전계 방출 기술 5,6- 같은 분야의 범위에서 매우 유익 입증되었다.

이들 재료 중에서, 실리콘 카바이드 (SiC) 나노 입자 복합체는 넓은 밴드 갭, 높은 열 전도성과 안정성, 높은 전기 브레이크 능력, 및 화학적 불활성 특히주의 덕분 받았다. 이러한 이점은 광전자 장치에 특히 명백하며, 금속 - 산화물 - 반도체 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET), 발광 다이오드 (LED)와 고출력, 고주파, 고온 응용. 그러나, 고밀도 결함은 일반적 conventi 표면 관찰도 그러 탄화 규소 심지어 장치 고장 7,8 선도 전자 구조에 악영향을 가질 수있다. SiC로 애플리케이션이 1960 년부터 연구되어 있다는 사실에도 불구하고, 이러한 특정 미해결 문제가 남아있다.

이 연구의 목적은 C (84)의 제조가 생성 된 물질의 전자 광전자, 기계, 자기, 현장 방출 특성의 포괄적 인 이해를 얻기 위해 Si 기판의 이종....

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Protocol

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주 :이 논문은 반도체 기판의 표면에 자기 조립 풀러렌 어레이의 형성에 사용되는 방법을 설명합니다. 특히, 높은뿐만 아니라 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS), 고온, 고출력의 광전자 장치 애플리케이션에서 전계 방출 또는 기판으로 사용하는 풀러렌 매립 실리콘 기판의 제조를위한 새로운 방법을 제시 - 주파수 장치 9-13.

1. 제작 육각형은 폐쇄 패키지 (HCP) 오버 C (84)의 실리콘 기판에

  1. 청소시 (111) 기판을 준비
    1. 기판의 표면에서 산화물 층 및 불순물을 제거하기위한 초고 진공에서 가열 한 다음, 용매의 적용을 포함하는 RCA에 따라 Si 기판 세정 (미국 라디오 코퍼레이션) (담체 참조).
      주 : 여기에서, 용어 "UHV-초고 진공 시스템"의미1 × 106 이하의 진공 파 -8의 Si (111)의 제조에 사용된다.
  2. UHV 시스템에 열 증발을 사용하여 실리콘 표면에 예금 C (84)
    1. 불순물의 가스 발생을 촉진하기 위해 500 ℃로 가열 된 필라멘트를 통해 외부 전원 공급 장치에 K 셀 증발기 예열.
    2. K-휴대 용기에 C (84)....

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Results

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. 무질서의 Si (111) 표면에 C 84 분자의 단일 층 1 그림 A UHV 챔버에서 제어 된 자기 조립 공정을 이용하여 제조 따르면 다양한 정도에 UHV-STM 측정 지형 일련의 이미지를 도시 하였다 : (a) 0.01 ㎖, (b) 0.2 ㎖, (c) 0.7 ㎖, 및 (d) 0.9 ML. 84은 C 매립 Si 기판의 전기 광학적 특성은 또한 STM 및 PL (도 2) 등의 표면 분석 기술의 다양한 사용하여 조사 하였다. 결과 샘플의 우수한 재료 특성은 나노 기술이 atomic- 및 나노 스케일에서 물질의 제어에 사용할 수있는 방법을 보여줍니다. 그림 3의 MFM과 SQUID 결과 C (84) 임베디드 기판의 표면에 자성을 보여줍니다. 4는 제안 된 기판의 나노 기계을 참조 UHV-AFM 결과를 보여줍니다. 우리의 .......

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Discussion

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본 연구에서는 (도 1) 신규 어닐링 공정을 통해 실리콘 기판 상에 C (84)의 자기 조립 단분자막의 제조를 보여준다. 이 프로세스는 나노 매립 반도체 기판의 다른 종류를 제조 할 수있다. 은 C (84)는 Si 기판은 UHV-STM (도 2), 전계 방출 분광기, 광 발광 스펙트럼, MFM 및 SQUID (도 3)을 이용하여 원자 수준에서 분석되었다 - 임베디드.

은 C (84)의 나노 기계 특성 (즉, 스트레스)에 상응하는 접착 강도는 실리콘 기판을 AFM (도 4)를 사용하여 측정 할 수있다 - 임베디드. 우리의 결과는 제안 된 C (84)의 경도는 Si 기판 도구뿐만 아니라, MEMS 디바이스에서 필름을 절단하는 연마재대로 적용 제작의 SiC .......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgements

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저자는 계약 번호 MOST-102-2923-E-492- 001-MY3 (W. J. Lee) 및 NSC-102- 2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho)에 따라 이 연구를 재정적으로 지원해 준 대만 과학기술부에 감사를 표합니다. 이 연구를 촉진하기 위해 막대한 컴퓨팅 리소스를 제공하는 대만 고성능 컴퓨팅(High-performance Computing of Taiwan)의 지원도 감사하게 생각합니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
실리콘 웨이퍼Si(111). 유형 / 도펀트 : P / 붕소; 저항력: 0.05-0.1 옴· cm
탄소, C84Legend StarC84 분말, 98%
염산시그마-알드리치84422RCA, 37%
암모늄Choneye 순수 화학RCA, 25%
과산화수소Choneye 순수 화학RCA, 35%
질소Ni 공기고압 병, 95 %
텅스텐Nilaco461327와이어, 직경 0.3mm, 팁
수산화 나트륨UCW85765에칭 팁 용 텅스텐 와이어
아세톤Marcon Fine Chemicals99920액체 크로마토 그래피 및 UV 분광 광도법에 적합
메탄올Marcon Fine Chemicals64837및 UV 분광 광도계
UHV-SPMJEOL LtdJSPM-4500A초고진공 스캐닝 터널링 현미경 및 초고진공 원자력 현미경
전원 공급 장치Keithley237고전압 소스 측정 장치
SQUID양자 설계MPMS-7자기장 강도: ± 7.0 Tesla, 온도 범위: 2– 400 K, 자기-쌍극자 범위: 5  &시간;   10-7 – 300 emu
ALPSNational Center for High-performance Computing, 대만고급 대규모 병렬 슈퍼클러스터, 177Tflops, 25,600 CPU 코어, 73,728GB RAM, 1,074TB 스토리지

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kroto, H. W., Heath, J. R., O'Brien, S. C., Curl, R. F., Smalley, R. E. C60: Buckminsterfullerene. Nature. 318, 162-163 (1985).
  2. Zhu, Z. P., Gu, Y. D. Structure of carbon caps and formation of fullerenes. Carbon. 34, 173-178 (1996).
  3. Margadonna, S., et al.

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C84 embedded Si substrateScanning Probe MicroscopyMolecular Dynamics simulationUltrahigh vacuum conditionsField emission propertiesNanomechanical stiffnessSurface magnetism analysisAtomic resolution topographyBand gap energy measurementPhotoluminescence spectrum analysis

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