论文部分内容阅读
基于SiC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。