论文部分内容阅读
从石墨烯的器件应用方面考虑，在3C-SiC/Si基上外延石墨烯的方法被认为是最有可能实现低成本、大面积、高质量生产石墨烯的办法之一。为研究在3C-SiC/Si基外延石墨烯的可能性并对相关材料进行掺杂改性的计算，本文采用模拟和计算材料学方法，首先利用HSC-Chemistry软件计算了不同CVD参数对Si衬底异质外延3C-SiC的影响，希望通过对CVD热动力学的分析寻找可能的工艺参数；其次，计算了在不同压强和温度下，SiC热解外延石墨烯可能发生的化学反应；最后，利用Materials Studio软件计算3C-SiC的稀磁特性和掺杂石墨烯的光电性质，以便深入了解3C-SiC和石墨烯这两种材料的性能特点，为这两种材料的开发应用创造条件。主要结论如下： (1)用HSC-Chemistry软件模拟不同CVD参数对Si衬底异质外延3C-SiC的结果表明，当C3H8的浓度为1%，碳化温度在1000℃左右时，有利于SiC缓冲层的形成，并且当生长压强在1～10bar之间，温度在1300℃左右，SiH4/C3H8的摩尔比为3时，有可能实现SiC的外延生长。 (2)对在不同环境下热解SiC外延石墨烯的模拟计算表明，UHV条件下，当压强在10-11～10-13bar之间，温度在1100~1400℃之间，热解SiC有可能得到石墨烯；低真空条件下，当压强在10-7～10-10bar之间，SiC热解形成石墨烯的温度要略高于UHV下的所需温度；近常压氩气条件下，SiC发生热解形成石墨烯的所需温度较前两种条件更高。 (3)3C-SiC的磁性计算表明，单个TM(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)原子掺杂2×1×1的3C-SiC超胞模型中，V、Cr、Mn掺杂的3C-SiC具有磁性，Fe、Co、Ni掺杂3C-SiC在非磁性状态下较稳定，且V和Cr掺杂3C-SiC显示出半金属特性。两个TM(V、Cr、Mn)原子掺杂2×2×1的3C-SiC超胞模型中，两个原子自旋方向相反时更稳定。计算结果表明，不同的过渡金属掺杂3C-SiC的磁性不同。 (4)对4×4×1的石墨烯模型进行p型(B、Al、Ga)和n型(N、P、As)掺杂计算表明，p型和n型掺杂均能引起石墨烯费米能级的改变，可以打开石墨烯的带隙，还可以引起石墨烯光电性质的变化，为石墨烯在光电子器件中的应用提供理论依据。