C problama<sub> 84</sub> Taramalı Uç Mikroskobu ve Molecular Dynamics Kullanarak Si Maddesini Gömülü
Summary
This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.
Abstract
Bu çalışma, bir dizi tasarlanmış Cı 84 Si substratı Gömülü bir ultra yüksek vakum odası içinde kontrollü bir kendi kendine montaj yöntemi kullanılarak imal bildirir. C 84 özellikleri, bu tür atom çözünürlüklü topoğrafya, devletlerin yerel elektronik yoğunluk, bant boşluk enerjisine, saha emisyon özelliklerinin, nanomekanik sertliği ve yüzey manyetizma olarak, Si yüzey Gömülü ultra altında yüzey analiz teknikleri kullanarak çeşitli incelendi yüksek vakum (UHV) koşullarının yanı sıra bir atmosfer sistemi. Deneysel sonuçlar C 84 yüksek tekdüzelik Si yüzey kontrollü bir öz-montaj nanoteknoloji mekanizmasını kullanarak, kesme aletleri alan emisyon ekran (FED), optoelektronik cihaz imalat, MEMS uygulanmasında önemli bir gelişmeyi temsil fabrikasyon Gömülü ve çabaları göstermek karbür yarı iletkenler için uygun bir yedek bulmak için. Yarı deneysel potansiyeli olan moleküler dinamik (MD) yöntemi olabilir bC 84 nanoindentation incelemek için kullanılan e Si substrat Gömülü. MD simülasyonunu yapmak için ayrıntılı bir açıklama sunulmuştur. Böyle girinti kuvveti, Young modülü, yüzey sertliği, atom stres ve atomik suşu olarak MD simülasyon mekanik analiz üzerine kapsamlı bir çalışma için ayrıntılar yer almaktadır. girinti modeli atom stres ve von Mises-gerinme dağılımları atomlarla düzeyde zaman değerlendirme ile deformasyon mekanizmasını izlemek için hesaplanabilir.
Introduction
Fulleren moleküller ve nedeniyle mükemmel yapısal özellikler, elektronik iletkenlik, mekanik mukavemet ve kimyasal özellikleri 1-4'e de nano arasındaki ayırt edici ihtiva kompozit malzemeler. Bu malzemeler elektronik, bilgisayar, yakıt hücresi teknolojisi, güneş pilleri ve saha emisyon teknolojisi 5,6 gibi alanlarda, bir dizi son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır.
Bu malzemeler arasında, silisyum karbür (SiC) nanoparçacık kompozitler, geniş bant boşluğu, yüksek ısı iletkenliği ve istikrar, yüksek elektrik arıza yeteneği, ve kimyasal eylemsizlik özellikle dikkat sayesinde aldık. Bu faydalar optoelektronik cihazlar özellikle açıktır, metal oksit yarıiletken alan etkili transistörler (MOSFET), ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve yüksek güç, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık uygulamaları. Bununla birlikte, yüksek yoğunluklu kusurları yaygın Sözleşmenin yüzeyinde görülenÖnal silisyum karbür bile cihaz arızası 7,8 giden, elektronik yapısı üzerinde zararlı etkileri olabilir. SiC uygulaması 1960 yılından beri çalışılmıştır gerçeğine rağmen, bu özel çözümlenmemiş sorun olmaya devam etmektedir.
Bu çalışmanın amacı, bir C 84 fabrikasyon sonuçlanan malzemelerin, elektronik optoelektronik, mekanik, manyetik, ve alan emisyon özelliklerinin kapsamlı bir anlayış elde etmek için Si substrat heteroeklem ve sonraki analizlere Gömülü oldu. Biz de moleküler dinamik hesaplamaları yeni uygulaması ile, nanomateryallerin özelliklerini tahmin etmek sayısal simülasyonu kullanarak sorunu ele.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, (Şekil 1), yeni bir tavlama işlemi ile Si alt-tabaka üzerinde Cı 84 bir kendi kendine bir araya tek tabaka imalat göstermektedir. Bu işlem, nanopartikül gömülü iletken yüzeyler başka türlü hazırlamak için de kullanılabilir. C 84 Si substrat UHV-STM (Şekil 2), saha emisyon spektrometresi, foto-ışıldama spektroskopisi, MFM ve SQUID (Şekil 3) kullanılarak atomik ölçekte karakterize edildi Gömülü.
…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 |
References
- Kroto, H. W., Heath, J. R., O’Brien, S. C., Curl, R. F., Smalley, R. E. C60: Buckminsterfullerene. Nature. 318, 162-163 (1985).
- Zhu, Z. P., Gu, Y. D. Structure of carbon caps and formation of fullerenes. Carbon. 34, 173-178 (1996).
- Margadonna, S., et al. Crystal Structure of the Higher Fullerene C84. Chem. Mater. 10, 1742-1744 (1998).
- Diederich, F., et al. The Higher Fullerenes: Isolation and Characterization of C76, C84, C90, C94, and C70O, an Oxide of D5h-C70. Science. 252, 548-551 (1991).
- Lv, Z., Deng, Z., Xu, D., Li, X., Jia, Y. Efficient organic light-emitting diodes with C60 buffer layer. Displays. 30, 23-26 (2009).
- Tokunaga, K. On the difference in electronic properties between fullerene C60 and C60X2. Chem. Phys. Lett. 476, 253-257 (2009).
- Basa, D. K., Smith, F. W. Annealing and crystallization processes in a hydrogenated amorphous Si—C alloy film. Thin Solid Films. 192, 121-133 (1990).
- Neudeck, P. G., Powell, J. A. Performance limiting micropipe defects in silicon carbide wafers. IEEE Electron Device Lett. 15, 63-65 (1994).
- Huang, C. P., Su, C. C., Ho, M. S. Intramolecular Structures of C60 and C84 Molecules on Si(111)-7×7 Surfaces by Scanning Tunneling Microscopy. Appl. Surf. Sci. 254, 7712-7717 (2008).
- Huang, C. P., Su, C. C., Su, W. S., Hsu, C. F., Ho, M. S. Nano-measurements of electronic and mechanical properties of fullerene embedded Si(111) surfaces. Appl. Phys. Lett. 97, 061908 (2010).
- Huang, C. P., Hsu, C. F., Ho, M. S. Investigation of Fullerene Embedded Silicon Surfaces with Scanning Probe Microscopy. J. Nanosci. Nanotechnol. 10, 7145-7148 (2010).
- Huang, C. P., Su, W. S., Su, C. C., Ho, M. S. Characteristics of Si(111) surface with embedded C84 molecules. RSC Adv. 3 (111), 9234-9239 (2013).
- Ho, M. S., Huang, C. P. Method of forming self-assembled and uniform fullerene array on surface of substrate. US Patent. , (2015).
- Plimpton, S. J. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics. J. Comp. Phys. 117, 1-19 (1995).
- Su, W. S., et al. Using a functional C84 monolayer to improve the mechanical properties and alter substrate deformation. RSC Adv. 5, 47498-47505 (2015).
- Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO- the Open Visualization Tool. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2010).
- Tersoff, J. New empirical model for the structural properties of silicon. Phys. Rev. Lett. 56, 632 (1986).
- Stuart, S. J., Tutein, A. B., Harrison, J. A. A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions. Journal of Chemical Physics. 112, 6472 (2000).
- Rapaport, D. C. . The Art of Molecular Dynamics Simulations. , (1997).
- Chandra, N., Namilae, S., Shet, C. Local elastic properties of carbon nanotubes in the presence of Stone-Wales defects. Phys. Rev. B. 69, 094101 (2004).
- Honeycutt, J. D., Andersen, H. C. Molecular Dynamics Study of Melting and Freezing of Small Lennard-Jones Clusters. J. Phys. Chem. 91, 4950 (1987).
- Schulz, M. J., Kelkar, A. D., Sundaresan, M. J. . Nanoengineering of Structural, Functional and Smart Materials. , 736 (2005).
- Ju, S. P., Wang, C. T., Chien, C. H., Huang, J. C., Jian, S. R. The Nanoindentation Responses of Nickel Surfaces with Different Crystal Orientations. Molecular Simulation. 33, 905-917 (2007).
- Mishin, Y., Suzuki, A., Uberuaga, B. P., Voter, A. F. Stick-slip behavior of grain boundaries studied by accelerated molecular dynamics. Phys. Rev. B. 75, (2007).
