《SiC低温外延石墨烯的工艺探讨及物性预测（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SiC低温外延石墨烯的工艺探讨及物性预测（学位论文-工学）（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、密 级prediction工学代 号 10701 学 号 1016121693分类号 TN3 公开1855题 （ 中 、 英 文 ） 目 SiC 低温外延石墨烯的工艺探讨及物性预测The process investigation and material propertiesof SiC-based low temperature epitaxial graphene作 者 姓 名 马培婷 指导教师姓名、职称 雷天民 教授学科门类 学科、专业 材料物理与化学提 交 论 文 日 期 二 一三年一月西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉 承 学 校 严 谨 的 学 风 和 优 良 的
2、科 学 道 德 ， 本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明 并 表 示 了 谢 意 。申 请 学 位 论 文 与 资 料 若 有 不 实 之 处 ， 本 人 承 担 一 切 的 法 律 责 任 。本 人 签 名 ： 日 期 :西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本 人 完 全 了 解 西 安 电
3、 子 科 技 大 学 有 关 保 留 和 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（ 保 密 的 论 文 在 解 密 后 遵 守 此 规 定 ）本 学 位 论 文 属 于 保 密 ， 在 年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。本 人 签 名 ： 日 期 :导 师 签 名 ： 日 期 :摘要摘 要基 于 Si
4、C 和 石 墨 烯 两 种 材 料 的 性 能 特 点 以 及 微 电 子 技 术 发 展 需 求 ， 在 SiC 上外 延 石 墨 烯 的 方 法 被 认 为 是 最 有 可 能 实 现 C 基 集 成 电 路 的 有 效 途 径 之 一 。 为 研 究在 SiC 衬 底 上 实 现 低 温 外 延 石 墨 烯 的 可 能 性 并 预 测 两 种 材 料 的 新 物 性 ， 本 文 采 用计 算 材 料 学 方 法 ， 首 先 用 HSC-Chemistry 软件模拟分析了 SiC 在 不 同 氯 基 气 体 氛围 中 可 能 发 生 的 化 学 反 应 ， 希 望 从 化 学 反 应 热
5、力 学 角 度 入 手 探 寻 在 SiC 衬 底 上 低温外延石墨烯的工艺条件和参数；为课题组的相关实验奠定一定的理论基础。其次 用 基 于 密 度 泛 函 理 论 的 第 一 性 原 理 方 法 ， 借 助 Materials Studio 软 件 ， 对 石 墨 烯的 对 H2 的 吸 附 特 性 和 6H-SiC 的 稀 磁 特 性 进 行 预 测 分 析 ， 以 便 更 深 入 地 了 解 SiC和石墨烯材料的性能特点，为两种新型材料的开发应用创造条件。论文得到的主要 结 论 如 下 ：(1) 用 HSC-Chemistry 软 件 的 模 拟 结 果 表 明 ， 在 SiC 的 常
6、 规 热 解 工 艺 中 引 入 一定 比 例 的 氯 基 气 体 ， 有 助 于 SiC 表 面 Si 原 子 的 去 除 并 可 降 低 生 长 温 度 。 加 入 一 定比 例 的 氯 基 气 体 后 ， 在 500-1100 温 度 范 围 ， 1mbar 的 压 强 下 ， 即 可 去 除 SiC 表 面的 Si 原 子 ， 在 SiC 表 面 形 成 C 薄 层 。 课 题 组 相 关 的 实 验 结 果 证 明 了 该 计 算 结 论 的正 确 性 。(2) 有 关 石 墨 烯 对 H2 吸 附 特 性 的 计 算 结 果 显 示 ， 本 征 石 墨 烯 与 H2 之 间 为 很
7、 弱的 物 理 吸 附 ， 不 利 于 氢 气 的 吸 附 。 而 掺 杂 石 墨 烯 与 H2 之 间 有 较 强 的 物 理 吸 附 ， 尤其 是 Al 掺 杂 石 墨 烯 ， 可 以 大 大 提 高 石 墨 烯 的 储 氢 能 力 。 计 算 结 果 说 明 ， 与 本 征 石墨 烯 相 比 ， 掺 杂 石 墨 烯 更 适 合 作 储 氢 材 料 。(3) 6H-SiC 的 铁 磁 性 计 算 表 明 ， 在 由 48 个 原 子 所 搭 建 的 6H-SiC 超 胞 模 型 中 ，单 个 Cr 和 Mn 原 子 掺 杂 6H-SiC 具 有 稀 磁 性 ， Fe 掺 杂 6H-SiC
8、在 非 磁 性 状 态 时 较 稳定 ， 而 Co 和 Ni 掺杂体系磁性较弱。两个 TM 原 子 掺 杂 体 系 均 是 在 反 铁 磁 态 下 较稳 定 。 结 果 说 明 选 择 不 同 的 过 渡 金 属 对 SiC 进 行 掺 杂 改 性 ， 有 可 能 使 SiC 具 有 不同 的 磁 特 性 。关 键 词 ： 第 一 性 原 理 碳 化 硅 石 墨 烯 氢 吸 附 磁 性ABSTRACTABSTRACTWith the development of microelectronics, epitaxial graphene on SiC method isconsidered on
9、e of the effective and most likely to achieve way of C-based integratedcircuits considering about the characteristics of both SiC and graphene materials.Computational materials science methods is applied to study the possibility oflow-temperature epitaxial graphene on SiC substrate and to predict th
10、e physicalproperties of the two materials . Firstly, SiC chemical reactions that may occur in thedifferent chlorine-based gas atmosphere is analyzed by HSC-Chemistry softwaresimulation to explore the process conditions and parameters of the low-temperatureepitaxial graphene on SiC substrate from the
11、 perspective of a chemical reactionthermodynamics. It is a effective way to lay a theoretical foundation for relatedexperiments in research group. Secondly, with the help of Materials Studio software,graphene H2 adsorption characteristics and the dilute magnetic properties of 6H-SiC arepredicted and
12、 analyzed using first principles method based on density functional theory.It brings better understanding of The SiC and graphene material performancecharacteristics and creates conditions for the development and application of two newtypes of materials. Get some conclusions are as follows:(1) HSC-C
13、hemistry software simulation results show that the introduction of acertain percentage of the chlorine-based gas in the conventional pyrolysis process ofSiC contributes to the removal of the Si atoms in the SiC surface and to reduce thegrowth temperature. Adding a certain percentage of the chlorine-
14、based gas, in the500-1100 C temperature range, 1mbar pressure, can remove the Si atoms in the SiCsurface, and C thin layer is formed on the SiC surface. The correctness of theconclusions of this calculation is proved by the related experimental results in researchgroup.(2) The calculation results of
15、 the graphene adsorption characteristics of hydrogenstorage indicates that the weak physical adsorption between intrinsic graphene and H2is not conducive to the hydrogen storage, while the strong physical adsorption betweendoped graphene and H2 is strong, especially the Al-doped graphene, which can
16、improvethe hydrogen storage capacity of graphene. The calculated results also reveal that dopedgraphene is more suitable for use as hydrogen storage materials compared with theintrinsic graphene.(3) 6H-SiC ferromagnetic calculations show that in the structures of 6H-SiC by 48atom supercell model, a single Cr and Mn atoms doped 6H-SiC having a dilutedmagnetic, Fe-doped 6H-SiC
