《超低能Si團簇負離子束沉積製備矽烯(silicene)》是依託武漢大學，由劉傳勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超低能Si團簇負離子束沉積製備矽烯(silicene)
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉傳勝
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目建立一套超低能團簇負離子束沉積裝置，用銫濺射離子源產生Si的團簇負離子束，以6-20kV的吸極電壓引出，並在襯底上加0-20kV負偏壓，使團簇離子束的能量降低至100eV/atom以下，在Ag(001)、Ag(110)和Ag(111)表面形成silicene薄膜。用掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、高分辨透射電鏡和角分辨光電子能譜測定silicene的晶體結構、表面形貌和電子結構，用霍爾效應測定其載流子濃度和遷移率。改變團簇離子能量、沉積劑量和襯底溫度等參數，系統研究製備工藝對矽烯層的晶體結構和電子結構的影響，取得最佳化的工藝參數，製備1-3個原子層的silicene，用團簇-固體相互作用理論和晶體生長理論探討超薄矽烯形成的物理機制，為發展製備silicene的超低能團簇離子束沉積技術奠定實驗基礎。
結題摘要
矽烯是重要的二維原子層材料。本項目以2×1.7MV串列加速器的銫濺射負離子源為基礎，設計搭建了團簇離子注入系統，用銫濺射矽靶的方法引出了矽的單離子及團簇離子束，用團簇注入對矽烯的製備工藝進行了研究探索。 （1）矽團簇負離子束的產生：以高純壓鑄矽靶，用銫離子進行濺射，得到了Si1-Si7團簇離子，束流為5.5nA-24μA，表明該裝置可提供矽的團簇負離子。然後研究了吸極電壓對團簇離子束流的影響，測量了10-20kV吸極下的團簇離子束質譜，最低能量的團簇是1666eV/atom的Si6離子。 （2）矽烯的製備：襯底用單晶Ag(111)材料，用低能矽團簇進行離子注入。根據單層矽烯的原子面密度確定注入離子的劑量，用束流積分儀監控注入劑量，獲得了不同能量和劑量的樣品。 （3）後處理與測試分析：首先用10keV的Si-進行單原子離子注入，Ar氣氛500℃退火20分鐘。為了消除表面污染，在樣品表征之前進行了Ar+濺射，Ar+能量為500eV。對樣品進行了XPS和LEED測試。XPS結果中有明顯的Ag峰，但未觀察到矽特徵峰，原因是：注入的矽的劑量太小；Ag信號太強，覆蓋了微弱的矽信號。LEED圖譜中也未呈現出清晰的點陣，表明此條件下尚未形成矽烯。其次，提高矽離子劑量，退火過程在STM內進行，溫度400-500℃。退火的同時用不同能量的Ar+對樣品表面濺射。原位進行XPS和LEED測量，XPS顯示出Ag峰和明顯的Si特徵峰，以及一定強度的Ag-Si相互作用的特徵峰，表明Ag襯底表面因注入而引入了一定量的Si原子。500℃退火後，LEED出現了更多更清晰的衍射點。我們注意到，注入的矽原子打亂了Ag襯底本身的六角結構，退火後有一定程度的恢復，襯底表面的Si原子在不同區域不連續的超薄矽層，並在LEED上顯示出衍射點陣。
