probing C 84 Ingebedde Si-substraat met behulp van Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Summary

This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.

Abstract

Dit artikel meldt een array ontworpen C ₈₄ -Embedded Si-substraat vervaardigd met behulp van een gecontroleerde zelf-assemblage methode in een ultra-high vacuümkamer. De kenmerken van de C ₈₄ -Embedded Si oppervlak zoals atomaire resolutie topografie, lokale elektronische toestandsdichtheid, bandafstandsenergie, veldemissie eigenschappen nanomechanical stijfheid en oppervlaktemagnetisatie werden onderzocht met een verscheidenheid aan technieken waaronder oppervlak ultra, hoog vacuüm (UHV) omstandigheden en een atmosferisch systeem. Experimentele resultaten tonen de hoge uniformiteit van de C ₈₄ -Embedded Si oppervlak vervaardigd met behulp van een gecontroleerde zelfassemblage nanotechnologie mechanisme vertegenwoordigt een belangrijke ontwikkeling in de toepassing veldemissie display (FED), opto-electronische inrichting fabricage, MEMS snijgereedschap, en inspanningen een geschikte vervanger voor carbide halfgeleiders vinden. Moleculaire dynamica (MD) methode met semi-empirische potentieel kan be gebruikt om de nanoindentation C ₈₄ bestuderen -Embedded Si-substraat. Een gedetailleerde beschrijving van het uitvoeren MD simulatie wordt hier gepresenteerd. Details voor een uitgebreide studie op de mechanische analyse van de MD simulatie zoals inspringen kracht, Young's modulus, oppervlak stijfheid, atomaire stress, en atomaire stam zijn inbegrepen. De atomaire stress en von Mises-vervormingen van het inspringen model kan worden berekend tegen vervorming mechanisme met de tijd de evaluatie in atomistisch willen volgen.

Introduction

Fullereen moleculen en composietmaterialen omvatten ze onderscheiden zich onder nanomaterialen vanwege hun uitstekende structurele kenmerken, elektronische geleidbaarheid, mechanische sterkte en chemische eigenschappen ^1-4. Deze materialen hebben bewezen zeer nuttig in een aantal gebieden, zoals elektronica, computers, brandstofceltechnologie, zonnecellen, en in het veld emissietechnologie ^5,6.

Onder deze materialen, hebben siliciumcarbide (SiC) nanodeeltjes composieten bijzondere aandacht dankzij gekregen om hun brede band gap, een hoge thermische geleidbaarheid en stabiliteit, een hoge elektrische storing vermogen ....

Protocol

Opmerking: Het document worden de bij de vorming van een zelf-geassembleerde fullereen array op het oppervlak van een halfgeleidende substraat methoden. Specifiek presenteren we een nieuwe werkwijze voor de bereiding van een fullereen ingebedde siliciumsubstraat voor gebruik als een veldemitter of substraat in micro-elektromechanisch systeem (MEMS), en opto-elektronische inrichtingen in hoge-temperatuur, hoge-energie, applicaties en in hoge -frequentie apparaten ^9-13.

1. Fabricage van Hexagonal-closed-verpakte (HCP) Overlayer van C ₈₄ op Si Substrate

1. Bereid Clean Si (111) Substrate
   1. Betreft Si subs....

Results

Een monolaag van C ₈₄ moleculen op een ongeordende Si (111) oppervlak werd vervaardigd onder gecontroleerde zelfassemblage proces een UHV kamer Figuur 1 toont een reeks topografische beelden gemeten door UHV-STM met verschillende mate van dekking:. (A) 0,01 ML, (b) 0,2 ML, (c) 0,7 ML, en (d) 0,9 ML. De elektronische en optische eigenschappen van de C ₈₄ ingebedde Si-substraat werd eveneens onderzocht met verschillende oppervlakte-analysetechnieken, zoals STM en PL (Figuur 2.......

Discussion

In deze studie demonstreren we de vervaardiging van een zelf samengestelde monolaag van ₈₄ C op een Si-substraat door een nieuwe gloeiproces (figuur 1). Deze werkwijze kan ook worden gebruikt om andere soorten nanodeeltjes ingebed halfgeleidersubstraten bereiden. De C ₈₄ -Embedded Si-substraat werd gekarakteriseerd op atomaire schaal gebruikt UHV-STM (figuur 2), veldemissie spectrometer, fotoluminescentie spectroscopie, MFM en SQUID (figuur 3).

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Silicon wafer			Si(111). Type/Dopant: P/Boron; Resistivity: 0.05-0.1 Ohm·cm
Carbon, C84	Legend Star		C84 powder, 98%
Hydrochloric acid	Sigma-Aldrich	84422	RCA, 37%
Ammonium	Choneye Pure Chemical		RCA, 25%
Hydrogen peroxide	Choneye Pure Chemical		RCA, 35%
Nitrogen	Ni Ni Air		high-pressure bottle, 95%
Tungsten	Nilaco	461327	wire, diameter 0.3 mm, tip
Sodium hydroxide	UCW	85765	etching Tungsten wire for tip
Acetone	Marcon Fine Chemicals	99920	suitable for liquid chromatography and UV-spectrophotometry
Methanol	Marcon Fine Chemicals	64837	suitable for liquid chromatography and UV-spectrophotometry
UHV-SPM	JEOL Ltd	JSPM-4500A	Ultrahigh Vacuum Scanning Tunneling Microscope and Ultrahigh Vacuum Atomic Force Microscope
Power supply	Keithley	237	High-Voltage Source-Measure Unit
SQUID	Quantum desigh	MPMS-7	Magnetic field strength: ±7.0 Tesla, Temperature range: 2–400 K, Magnetic-dipole range: 5 × 10-7 – 300 emu
ALPS	National Center for High-performance Computing, Taiwan		Advanced Large-scale Parallel Supercluster, 177Tflops; 25,600 CPU cores; 73,728 GB RAM; 1,074 TB storage