金属修饰SiO2基底表面对吸附石墨烯电子特性影响.PDF

金属修饰SiO 基底表面对吸附石墨烯电子特性的影响 金属修饰SiO 基底表面对吸附石墨烯电子特性的影响 金金属属修修饰饰SSiiOO 基基底底表表面面对对吸吸附附石石墨墨烯烯电电子子特特性性的的影影响响 2 2 22 * 沈磊，江帆，肖蒙、张瑞，余牧溪，缪灵，江建军 (华中科技大学 电子科学与技术系 430074) 本文采用第一性原理计算，研究了不同金属修饰的SiO 基底表面对吸附石墨烯的结构稳定性及 2 电子能带结构的影响。计算了金属修饰基底表面的不同体系形成能和吸附在基底表面上石墨烯的能 带结构。结果表明，SiO 基底O面吸附金属原子比Si面更为稳定，且用金属修饰的SiO 基底比通 2 2 常用H钝化表面的基底更容易吸附石墨烯。在Co等金属修饰表面的SiO 基底上，石墨烯的电子特 2 性保持较好，而当Fe修饰时，石墨烯的电子特性被明显的破坏。磁性金属原子的修饰使石墨烯能带 结构在费米面附近发生分裂，一条保持原有的特性，而另一条打开了1-2eV 的带隙，显示出了半金 属性的特性。 关键词：石墨烯，纳米带，电子特性，密度泛函 1. 1. 11.. 引言 石墨烯（Graphene）自2004 年被发现以来，由于具有新奇的物理性质和广泛的应 用前景，成为近年来凝聚态物理领域研究的热点，并有可能成为构造下一代纳米电子器 【 】 【 】 1-3 1 件的基本材料 。纯净石墨烯是零带隙半导体 ，具有诸如无质量的狄拉克费米子、 【 】 3 室温量子霍尔效应、弹道输运等一系列的物理性质 ，使其在器件方面有各种应用，如 研制能够发展传统半导体器件的小型、低功耗和具有更高工作频率的石墨烯晶体管，并 [1-5] 有可能应用于将来的纳米集成电路中 。 近几年来，人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展，发展了机械剥离、晶 [6-9] 体外延生长、化学氧化、化学气相沉积和有机合成等多种制备方法 。但是，在石墨烯 通往规模化的工业生产和科研应用的道路上，还面临着一个重要的问题，就是石墨烯所 依附的基底的选取。石墨烯仅由单层碳原子组成，如果不依附在一定的基底上，很难进 行规模化的生产和应用。不同类型的基底以及不同类型的结合，都会对原有孤立的石墨 [14] 烯的原子结构及电子特性产生不同程度的影响，甚至会大幅度的改变原有性质 。 [24] 以SiO 作电介质的绝缘基底被广泛应用在在集成电路生产与制备中 。已有大量 2 的关于石墨烯片层在SiO 基底上生长状况的实验和理论研究