التحقيق C<sub> 84</sub> -embedded سي الركيزة عن طريق المجهر التحقيقي وحيوية الجزيئية
Summary
This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.
Abstract
تعرض هذه الورقة مصفوفة تصميم C 84 -embedded سي الركيزة ملفقة باستخدام يسيطرون على طريقة التجميع الذاتي في فراغ الغرفة عالية جدا. خصائص C 84 -embedded سطح سي، مثل قرار تضاريس الذري، والكثافة الإلكترونية المحلية للدول، والفرقة فجوة الطاقة، خصائص الانبعاثات المجال، وصلابة ميكانيكية نانوية، والمغناطيسية السطح، درست باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات التحليل السطحي تحت فائقة، فراغ عالية (الفائق) الظروف وكذلك في نظام الغلاف الجوي. وتظهر النتائج التجريبية التوحيد عالية من C 84 -embedded سي سطح ملفقة باستخدام آلية التجميع الذاتي تكنولوجيا النانو التي تسيطر عليها، يمثل تطورا هاما في تطبيق عرض الانبعاثات الميدان (FED)، الضوئية تصنيع الجهاز، ممس أدوات القطع، وفي الجهود العثور على بديل مناسب لأشباه الموصلات كربيد. ديناميات الجزيئية (MD) طريقة مع إمكانية شبه التجريبية يمكن بالبريد المستخدمة لدراسة nanoindentation من C 84 -embedded سي الركيزة. وتقدم وصفا مفصلا لأداء MD محاكاة هنا. وترد تفاصيل عن دراسة شاملة عن التحليل الميكانيكي لمحاكاة MD مثل قوة المسافة البادئة، معامل يونغ، وصلابة السطح، والإجهاد الذري، والضغط الذري. ويمكن حساب توزيعات الضغط العصبي والتوتر فون ميزس-ذرية من طراز المسافة البادئة لمراقبة آلية التشوه مع تقييم الوقت في مستوى ذري.
Introduction
جزيئات الفلورين والمواد المركبة التي تتكون هي مميزة بين المواد متناهية الصغر بسبب الخصائص الهيكلية ممتازة، وتوصيل كهربي، والقوة الميكانيكية، والخواص الكيميائية 1-4. وقد أثبتت هذه المواد مفيد للغاية في عدد من المجالات، مثل الالكترونيات وأجهزة الكمبيوتر وتكنولوجيا خلايا الوقود، والخلايا الشمسية، وتكنولوجيا الانبعاثات الحقل 5،6.
ومن بين هذه المواد، وقد تلقى كربيد السيليكون (كذا) المركبة جسيمات متناهية الصغر خاصة الاهتمام بفضل من فجوة واسعة النطاق، والموصلية الحرارية العالية والاستقرار، وارتفاع القدرة انهيار الكهربائية، وهمود الكيميائية. هذه الفوائد واضحة لا سيما في الأجهزة البصرية الالكترونية والمعادن أكسيد أشباه الموصلات حقل التأثير الترانزستور (MOSFET)، الثنائيات الباعثة للضوء (LED)، والطاقة العالية، عالية التردد، وتطبيقات ارتفاع في درجة الحرارة. ومع ذلك، عيوب عالية الكثافة لاحظ عادة على سطح conventiاونال كربيد السيليكون يمكن أن يكون لها آثار ضارة على التركيب الإلكتروني، حتى يؤدي إلى فشل الجهاز 7،8. على الرغم من أن تطبيق كربيد تمت دراسته منذ عام 1960، لا تزال هذه المشكلة لم تحل معينة.
وكان الهدف من هذه الدراسة هو تلفيق من C 84 -embedded متغاير سي الركيزة وتحليلها لاحقا للحصول على فهم شامل لخصائص الانبعاثات الإلكترونية، والضوئية والميكانيكية والمغناطيسية، ومجال المواد الناتجة. تناولنا أيضا مسألة استخدام المحاكاة العددية للتنبؤ خصائص المواد متناهية الصغر، من خلال تطبيق الرواية من العمليات الحسابية ديناميات الجزيئية.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه الدراسة، ونحن لشرح تصنيع أحادي الطبقة الذاتي تجميعها من C 84 على ركيزة سي من خلال عملية الصلب رواية (الشكل 1). ويمكن أيضا أن هذه العملية أن تستخدم لإعداد أنواع أخرى من ركائز أشباه الموصلات جزءا لا يتجزأ من جسيمات متناهية الصغر. وC 84 -embedded تم?…
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).
