Summary

Probing C<sub> 84</sub> -embedded Si Substrat Utiliser Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Published: September 28, 2016
doi:

Summary

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

Abstract

Cet article présente un tableau conçu C 84 -embedded substrat Si fabriqué en utilisant une méthode d' auto-assemblage contrôlé dans une chambre à vide ultra-haute. Les caractéristiques de la C 84 -embedded surface Si, comme résolution atomique topographie, densité électronique locale d'états, énergie de bande interdite, les propriétés d'émission de champ, la rigidité nanomécanique, et le magnétisme de surface, ont été examinés à l' aide d' une variété de techniques d'analyse de surface sous ultra, vide élevé (UHV), ainsi que les conditions dans un système atmosphérique. Les résultats expérimentaux démontrent la grande uniformité de la C 84 -embedded Si surface fabriqué en utilisant un mécanisme d' auto-assemblage nanotechnologie contrôlé, représente un développement important dans l'application de l' émission de champ d' affichage (FED), la fabrication de dispositifs optoélectroniques, MEMS outils de coupe, et dans les efforts pour trouver un remplacement convenable pour les semi-conducteurs en carbure. La dynamique moléculaire méthode (MD) avec un potentiel semi-empirique peut be utilisée pour étudier la nanoindentation de C 84 -embedded substrat Si. Une description détaillée pour effectuer la simulation MD est présenté ici. Détails pour une étude approfondie sur l'analyse mécanique de simulation MD comme la force d'indentation, le module de Young, la rigidité de la surface, le stress atomique, et la souche atomique sont inclus. Les contraintes et déformations von-Mises atomiques distributions du modèle d'indentation peuvent être calculées pour surveiller le mécanisme de déformation à l'évaluation du temps dans le niveau atomistique.

Introduction

Molécules de fullerènes et les matériaux composites qui les composent se distinguent parmi les nanomatériaux en raison de leurs caractéristiques structurelles excellentes, la conductivité électronique, résistance mécanique, et les propriétés chimiques 1-4. Ces matériaux se sont avérés très bénéfiques dans un éventail de domaines, tels que l' électronique, l' informatique, la technologie des piles à combustible, les cellules solaires, et la technologie d'émission de champ 5,6.

Parmi ces matériaux, le carbure de silicium (SiC) composites de nanoparticules ont reçu notamment l'attention grâce à leur large écart de bande, à haute conductivité thermique et de la stabilité, la capacité de claquage électrique élevée, et l'inertie chimique. Ces avantages sont particulièrement évidents dans les dispositifs optoélectroniques, transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET), diodes électroluminescentes (DEL) et à haute puissance, haute fréquence, et des applications à haute température. Cependant, des défauts de haute densité fréquemment observés sur la surface de Conventicarbure de silicium onal peut avoir des effets néfastes sur la structure électronique, conduisant même à la défaillance du dispositif 7,8. En dépit du fait que l'application de SiC a été étudié depuis 1960, ce problème non résolu reste particulier.

Le but de cette étude était la fabrication d'un C 84 -embedded hétérojonction substrat Si et une analyse ultérieure pour obtenir une compréhension complète des propriétés d'émission électroniques, optoélectroniques, mécaniques, magnétiques, et sur le terrain des matériaux résultants. Nous avons également abordé la question de l'utilisation de la simulation numérique pour prédire les caractéristiques des nanomatériaux, à travers la nouvelle application de calculs de dynamique moléculaire.

Protocol

REMARQUE: Le document décrit les méthodes utilisées pour la formation d'un fullerène matrice auto-assemblée sur la surface d'un substrat semi-conducteur. Plus précisément, nous présentons une nouvelle méthode pour la préparation d'un substrat de silicium fullerène intégré pour une utilisation comme émetteur de champ ou d'un substrat dans les systèmes microélectromécaniques (MEMS), et des dispositifs optoélectroniques à haute température, haute puissance, les applications, ainsi que da…

Representative Results

Une monocouche de C 84 molécules sur un Si (111) de surface désordonnée a été fabriqué en utilisant un procédé d' auto-assemblage contrôlée dans une chambre UHV La figure 1 montre une série d'images topographiques mesurées par UHV-STM avec divers degrés de couverture. (A) 0,01 ML, (b) 0,2 ML, (c) 0,7 ML, et (d) 0,9 ml. Les propriétés électroniques et optiques du substrat en Si incorporé en C 84 ont également été étudiés en utilisant une variété de te…

Discussion

Dans cette étude, nous démontrons la fabrication d'une monocouche auto-assemblée de C 84 sur un substrat de Si à travers un nouveau procédé de recuit (figure 1). Ce procédé peut également être utilisé pour préparer d'autres types de substrats semi-conducteurs nanoparticules enrobées. Le C 84 -embedded substrat Si a été caractérisé à l'échelle atomique utilisant UHV-STM (Figure 2), spectromètre à émission de champ, la spectros…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to thank the Ministry of Science and Technology of Taiwan, for their financial support of this research under Contract Nos. MOST-102-2923-E-492- 001-MY3 (W. J. Lee) and NSC-102- 2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). Support from the High-performance Computing of Taiwan in providing huge computing resources to facilitate this research is also gratefully acknowledged.

Materials

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; 1074 TB storage

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Cite This Article
Ho, M., Huang, C., Tsai, J., Chou, C., Lee, W. Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics. J. Vis. Exp. (115), e54235, doi:10.3791/54235 (2016).

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