В этой статье сообщается о производстве наноматериала фуллереновой подложки из кремния, проверенной и проверенной с помощью наноизмерений и молекулярно-динамического моделирования.
Method Article
В этой статье сообщается о производстве наноматериала фуллереновой подложки из кремния, проверенной и проверенной с помощью наноизмерений и молекулярно-динамического моделирования.
В данной работе сообщается массив разработанный C 84 -вложено кремниевой подложки , изготовленных с использованием контролируемого метода самосборки в сверхвысоком вакуумной камере. Характеристики С 84 -вложено поверхности Si, например с атомным разрешением рельефа, локальной электронной плотности состояний, полосы энергетической щели, эмиссионные свойства поля, наномеханического жесткости и поверхностного магнетизма, были изучены с использованием различных методов анализа поверхности под ультра, высокий вакуум (СВВ) условий, а также в атмосферной системе. Экспериментальные результаты демонстрируют высокую однородность С 84 -вложено Si поверхности изготовлены с использованием контролируемого механизма самосборки нанотехнологической, представляет собой важное событие в области применения дисплея полевой эмиссии (FED), изготовление оптико - электронных устройств, МЭМС режущих инструментов, а также в усилиях чтобы найти подходящую замену для твердосплавных полупроводников. Метод молекулярной динамики (МД) с полуэмпирическом потенциалом можно бе используется для изучения наноиндентирование С 84 -вложено кремниевой подложки. Подробное описание для выполнения МД моделирования представлена здесь. Детали для всестороннего изучения на механическом анализе МД моделирования, такие как отступа силы, модуль Юнга, поверхностная жесткость, атомно-стресс и атомной деформации включены. Атомные напряжений и деформаций фон-Мизеса распределения модели отступа можно рассчитать, чтобы контролировать механизм деформации с оценкой времени в атомистической уровне.
Молекулы фуллеренов и композиционные материалы , которые они содержат являются отличительными среди наноматериалов из - за их превосходных структурных характеристик, электронная проводимость, механическая прочность, и химические свойства 1-4. Эти материалы оказались весьма полезными в самых разных областях, таких как электроника, компьютеры, технологии топливных элементов, солнечных батарей и технологии излучения поля 5,6.
Среди этих материалов, карбид кремния (SiC) с наночастицами композиты Особое внимание было уделено благодаря их широкой запрещенной зоной, высокой теплопроводностью и стабильностью, высокой электрической способности пробоя и химической инертности. Эти преимущества особенно очевидны в оптико-электронных приборов, металл-оксид-полупроводник полевых транзисторов (MOSFET), светоизлучающие диоды (СИД) и высокой мощности, высокочастотные, и высокотемпературных применений. Тем не менее, дефекты высокой плотности обычно наблюдаются на поверхности CONVENTIнальная карбид кремния может оказывать вредное воздействие на электронную структуру, даже приводя к отказу 7,8 устройства. Несмотря на то, что применение карбида кремния было изучено с 1960 года, эта конкретная нерешенной проблема остается.
Целью данного исследования было изготовление из C 84 -вложено гетеропереход подложки Si и последующий анализ , чтобы получить полное представление электронных, оптико - электронных, механических, магнитных и полевых эмиссионных свойств полученных материалов. Мы также рассмотрели вопрос использования численного моделирования для прогнозирования характеристик наноматериалов, с помощью нового применения расчетов молекулярной динамики.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Примечание: В этом документе описываются методы, используемые при формировании самоорганизующейся фуллерена массива на поверхности полупроводниковой подложки. В частности, мы представляем новый способ получения кремниевой подложки фуллерена встраиваемый для использования в качестве полевого эмиттера или подложки в микроэлектромеханических системах (МЭМС) и оптико-электронных приборов в условиях высокой температуры, высокой мощности, приложений, а также в высокой -Частота устройства. 9-13
1. Изготовление шестигранной замкнутому упакована (HCP) оверлейного из C 84 на подложке Si
2. Измерения электронных свойств C 84 -вложено Si Субстрат
3. Измерения поверхностного магнетизма
4. Измерение наномеханическим свойств по атомно-силовой микроскопии
Примечание: атомно-силовой микроскопии (AFM) обеспечиваетмощный инструмент для определения характеристик материалов и механических свойств на микро- и нано-масштабах в воздухе, а также в среде СВВ
5. Измерение свойств наномеханическим М.Д. Моделирование
Примечание: В разделе моделирования, OVITO 16 ( с открытым исходным кодом visualizatiна программное обеспечение) и, OSSD 17 (открытая поверхность структура базы данных) используются для создания имитационной модели и результаты визуализации. LAMMPS 14 (с открытым исходным кодом молекулярной динамики (МД) моделирования пакета) используется для выполнения моделирования наноиндентирование и анализировать результаты моделирования 15. Все задания моделирования выполняются с параллельных вычислений в расширенном Крупномасштабное Параллельный сверхскоплении (ALPS) из NCHC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для изучения C 84 однослойной / Si подложки гетеропереход с помощью МД моделирования, следует подготовить имитационную модель на несколько шагов , чтобы получить оптимальное сочетание C 84 монослой встроенный в подложку Si. Обратите внимание , что трудно сформировать точно такую же структуру из экспериментальных данных, из-за комплекса среди структуры между C 84 монослой и Si (111) подложки гетероперехода. В результате, мы используем искусственный способ для создания имитационной модели с несколькими шагами процедуры,которая показана на рисунке 5. Подробности описаны в следующих протоколах. Мы опишем , как настроить параметр MD в LAMMPS, создать непринужденную C 84 фуллерена монослой встроенный в подложку, выполняют процедуру отступов, а также анализировать результаты моделирования.
(1)
(2)
(3)
(4)
а также
компоненты скорости атома я в м - и п -направлений соответственно; V я есть объем вокруг атома назначен я, N s есть число частиц , содержащихся в области S, где S определяется как область взаимодействия атомов ; Φ (г IJ) является потенциальная функция; г IJ расстояние между атомами и я а также
являются м - и п -направлении компоненты вектора от атома к атому я J.
(5) Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Монослой C 84 молекул на неупорядоченной поверхности Si (111) был изготовлен с использованием процесса управляемой самосборки в камере СВВ На рисунке 1 показан ряд топографических изображений , измеренных с помощью СВВ-СТМ с различной степенью охвата:. (А) 0,01 мл, (б) 0,2 мл, (в) 0,7 мл, и (г) 0,9 мл. Электронные и оптические свойства C 84 внедренного кремниевой подложки были также исследованы с использованием различных методов анализа поверхности, таких как STM и PL (рису...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
В данном исследовании мы демонстрируем изготовление в самоорганизующейся монослоя C 84 на подложке Si через новый способ отжига (рисунок 1). Этот процесс также может быть использован для получения других видов наночастиц встраиваемый полупроводниковых подложек. C 84 -вложено кремниевую подложку характеризовался на атомном масштабе с использованием СВВ-СТМ (рис 2), эмиссионный спектрометр поля, фото- люминесцентной спектроскопии, MFM и кальмаров (рисун...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Авторы хотели бы поблагодарить Министерство науки и технологий Тайваня за их финансовую поддержку этого исследования в соответствии с контрактами NoNo MOST-102-2923-E-492-001-MY3 (W. J. Lee) и NSC-102-2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). Также с благодарностью выражается благодарность за поддержку со стороны Организации высокопроизводительных вычислений Тайваня в предоставлении огромных вычислительных ресурсов для содействия этим исследованиям.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Кремниевая пластина | Si(111). Тип/легирующая примесь: P/бор; Удельное сопротивление: 0,05-0,1 Ом· | ||
| см Углерод, C84 | Legend Star | C84 порошок, 98% | |
| соляная кислота | Sigma-Aldrich | 84422 | RCA, 37% |
| Ammonium | Choneye Pure Chemical RCA | , 25% | |
| перекись водорода | Choneye Pure Chemical RCA | , 35% | |
| азот | Ni Ni Air | баллон высокого давления, 95% | |
| вольфрама | Nilaco | 461327 | проволока, диаметр 0,3 мм, наконечник |
| гидроксид натрия | UCW | 85765 | травление вольфрамовая проволока для наконечника |
| Ацетон | Marcon Fine Chemicals | 99920 | подходит для жидкостной хроматографии и УФ-спектрофотометрии |
| Метанол | Marcon Fine Chemicals | 64837 | подходит для жидкостной хроматографии и УФ-спектрофотометрия |
| UHV-SPM | JEOL Ltd | JSPM-4500A | Сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп и сверхвысоковакуумный атомно-силовой микроскоп |
| питания | Keithley | 237 | Высоковольтный источник-измеритель |
| SQUID | Quantum desigh | MPMS-7 | Напряженность магнитного поля: ± 7.0 Тесла, Диапазон температур: 2– 400 K, Магнитно-дипольный диапазон: 5 × 10-7 – 300 emu |
| ALPS | National Center for High-Performance Computing, | Taiwan Advanced Large-scale Parallel Supercluster, 177 Тфлопс; 25 600 ядер процессора; 73 728 ГБ ОЗУ; 1 074 ТБ хранилища |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission