सी चलते जांच<sub> 84</sub> सी सब्सट्रेट -embedded स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी और आण्विक गतिशीलता का उपयोग
Summary
This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.
Abstract
इस पत्र की रिपोर्ट के एक सरणी से डिजाइन सी 84 -embedded सी सब्सट्रेट एक अति उच्च निर्वात चैम्बर में एक नियंत्रित आत्म विधानसभा विधि का उपयोग कर गढ़े। सी 84 की विशेषताओं, इस तरह के परमाणु संकल्प स्थलाकृति, राज्यों के स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक घनत्व, बैंड अंतराल ऊर्जा, क्षेत्र उत्सर्जन गुण, nanomechanical कठोरता, और सतह चुंबकत्व के रूप में सी सतह -embedded, अल्ट्रा तहत सतह विश्लेषण तकनीक की एक किस्म का उपयोग कर जांच की गई, उच्च निर्वात (UHV) की स्थिति के साथ ही में एक वायुमंडलीय प्रणाली। प्रयोगात्मक परिणाम सी 84 के उच्च एकरूपता -embedded सी सतह एक नियंत्रित आत्म विधानसभा नैनो तंत्र का उपयोग कर गढ़े, काटने के उपकरण क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शन (फेड), optoelectronic उपकरण निर्माण, एमईएमएस के आवेदन में एक महत्वपूर्ण विकास का प्रतिनिधित्व करता है, और प्रयासों में प्रदर्शित कार्बाइड अर्धचालकों के लिए एक उपयुक्त प्रतिस्थापन खोजने के लिए। आणविक गतिशीलता (एमडी) अर्द्ध अनुभवजन्य क्षमता के साथ विधि बी कर सकते हैंई सी 84 के nanoindentation का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता सी सब्सट्रेट -embedded। एमडी सिमुलेशन के प्रदर्शन के लिए एक विस्तृत विवरण यहां प्रस्तुत किया है। ऐसे खरोज बल, यंग मापांक, सतह कठोरता, परमाणु तनाव, और परमाणु तनाव के रूप में एमडी सिमुलेशन के यांत्रिक विश्लेषण पर एक व्यापक अध्ययन के लिए विवरण शामिल किए गए हैं। खरोज मॉडल के परमाणु तनाव और वॉन Mises-तनाव वितरण atomistic स्तर में समय मूल्यांकन के साथ विरूपण तंत्र की निगरानी के लिए गणना की जा सकती है।
Introduction
Fullerene अणुओं और मिश्रित सामग्री उनके उत्कृष्ट संरचनात्मक विशेषताओं, इलेक्ट्रॉनिक चालकता, यांत्रिक शक्ति, और रासायनिक गुणों 1-4 के कारण वे शामिल nanomaterials के बीच में विशिष्ट हैं। इन सामग्रियों जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स, कंप्यूटर, ईंधन सेल प्रौद्योगिकी, सौर कोशिकाओं, और क्षेत्र उत्सर्जन प्रौद्योगिकी 5,6 के रूप में क्षेत्रों की एक श्रृंखला में अत्यधिक लाभकारी सिद्ध कर दिया है।
इन सामग्रियों के अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड (इस प्रकार) nanoparticle कंपोजिट उनके व्यापक अंतर बैंड, उच्च तापीय चालकता और स्थिरता, उच्च बिजली के टूटने की क्षमता है, और रासायनिक निष्क्रियता पर विशेष ध्यान धन्यवाद प्राप्त हुआ है। इन लाभों optoelectronic उपकरणों में विशेष रूप से स्पष्ट कर रहे हैं, धातु ऑक्साइड अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET), प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी), और उच्च शक्ति, उच्च आवृत्ति, और उच्च तापमान अनुप्रयोगों। हालांकि, उच्च घनत्व दोष सामान्यतः Conventi की सतह पर मनायाonal सिलिकॉन कार्बाइड इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर हानिकारक प्रभाव हो सकता है, यहां तक कि डिवाइस विफलता 7.8 के लिए अग्रणी। तथ्य यह है कि इस प्रकार के आवेदन 1960 के बाद से अध्ययन किया गया है के बावजूद, इस विशेष अनसुलझे समस्या बनी हुई है।
इस अध्ययन का उद्देश्य एक सी 84 के निर्माण -embedded सी सब्सट्रेट heterojunction और बाद के विश्लेषण के परिणामस्वरूप सामग्री की, इलेक्ट्रॉनिक optoelectronic, यांत्रिक, चुंबकीय, और क्षेत्र उत्सर्जन संपत्तियों की एक व्यापक समझ प्राप्त करने के लिए किया गया था। हम यह भी संख्यात्मक सिमुलेशन का उपयोग nanomaterials की विशेषताओं की भविष्यवाणी करने के लिए, आणविक गतिशीलता गणना के उपन्यास आवेदन के माध्यम से करने के मुद्दे को संबोधित किया।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन में, हम एक उपन्यास annealing प्रक्रिया के माध्यम से एक सी सब्सट्रेट पर सी 84 के एक आत्म इकट्ठे monolayer के निर्माण (चित्रा 1) प्रदर्शित करता है। इस प्रक्रिया को भी nanoparticle एम्बेडेड अर्धचालक substrates के…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
