Диссертация (1150480), страница 16
Текст из файла (страница 16)
При напылении Si на графен и прогреве происходит интеркаляция кремния с последующей его диффузией вглубь металлической подложки. По мере увеличенияколичества кремния в приповерхностной области под графеном сперва образуется твёрдый раствор замещения Ni (Co, Fe)-Si. В случае Ni и Fe его упорядочение приводит к зарождению первой богатой металлом фазы силицида— Ni3 Si и Fe3 Si. Присутствие в системе графен/Si-Co фазы со стехиометриейCo3 Si предполагается маловероятным, поскольку она является метастабильной, и вполне ожидаемо, что диффузия кремния в кобальте должна идтимедленнее, чем в случае никеля и железа. С другой стороны, температура104плавления железа выше по сравнению с никелем, а значит, выше и энергия активации диффузии, и при одной и той же температуре растворимостькремния в объёме никелевой плёнки больше, чем в железе.
На основанииприведённых рассуждений были объяснены общие черты и основные отличия в формировании силицидов Ni, Co и Fe под графеном, выявленные придетальном изучении особенностей ФЭ спектров. При дальнейшем поступлении атомов кремния под графен фазовый состав силицидов смещается всторону насыщенных кремнием соединений (NiSi и FeSi).Поскольку возможен градиент концентрации кремния как по глубине,так и вдоль поверхности, определение стехиометрии на основании толькоданных ФЭС оказывается затруднительным. Результаты ДМЭ позволилипредложить структурные модели, хорошо согласующиеся с количественными оценками ФЭС. Так, в случае никеля появление дифракционных картин(2 × 2), (3 × 3) и (6 × 6) объясняется ростом плёнок Ni3 Si, Ni2 Si и NiSi подграфеном.В работе изучены особенности электронной структуры внутренних уровней, а также состояний валентной зоны и зоны проводимости графена приформировании интерфейса графена с силицидами Ni, Co и Fe.
Данные ФЭС,ФЭСУР и БТСРСП указывают на то, что изначально сильное взаимодействие графена с металлической подложкой постепенно ослабевает при увеличении концентрации кремния в приповерхностной области. Это объясняетсявовлечением 3d орбиталей металла в химическую связь с Si 3p состояниями в процессе силицидообразования. Таким образом, установлено, что электронная структура графена на поверхности силицидов Ni, Co и Fe подобнаструктуре свободного графена.В заключение, автор выражает искреннюю надежду на то, что проведённые исследования и полученные результаты окажутся полезными приразработке новых электронных устройств на основе графена.105Автор выражает благодарность научным руководителям и учителям —проф. Александру М.
Шикину, проф. Георгию Г. Владимирову, проф. Вере К.Адамчук — за полученные знания и накопленный научно-исследовательскийопыт. Огромное спасибо Денису В. Вялых, Дмитрию Ю. Усачёву, Александру В. Фёдорову и проф. Клеменсу Лаубшату (C. Laubschat) за бесценнуюпомощь в организации всей работы от начала и до конца. Хочется поблагодарить друзей и коллег — Александра В. Генералова, Ладу В. Яшину, НиколаяИ. Вербицкого, проф.
Александра Грюнайса (A. Grüneis), Игоря И. Пронина— за плодотворное сотрудничество, а также весь коллектив кафедры электроники твёрдого тела и, в частности, лаборатории физической электроникиза дружественную атмосферу. Тёплые слова благодарности хочется высказать Марии В. Русиновой за внимательное прочтение текста диссертации,конструктивную критику и интересные дискуссии. Автор благодарит Гельмгольц-центр (г. Берлин) и российско-немецкую лабораторию за предоставленные возможности проведения экспериментов на высококлассном оборудовании.106Список сокращений и условных обозначений1NN TB— first-nearest neighbor tight binding approximation (приближение сильной связи с учётом первой координационнойсферы)БТСРСП — ближняя тонкая структура рентгеновских спектров поглощения (NEXAFS)ВЭ / НЭ— высоко- / низкоэнергетическая (например, ВЭ компонентаспектра)ДМЭ— дифракция медленных электронов (LEED)ДТС— дальняя (протяжённая) тонкая структура (рентгеновскихспектров поглощения)КМДП— комплементарная структура металл-диэлектрик-полупроводник (МДП)СВВ— сверхвысокий вакуум (UHV)СТМ— сканирующая туннельная микроскопия (STM)ФЭ— фотоэлектронный (например, ФЭ спектр)ФЭС— фотоэлектронная спектроскопия (PES)ФЭСУР— ФЭС с угловым разрешением (ARPES)B-графен — легированный бором графенBCN— 2 структуры атомов бора, углерода и азотаCVD— chemical vapour deposition (химическое осаждение из газовой фазы)DFT— density functional theory (теория функционала плотности)GICs— graphite intercalation compounds (интеркалаты графита)Gr— graphene (графен)h-BN— гексагональный нитрид бораML— monolayer (монослой — слой толщиной в один атом)N-графен — легированный азотом графен (N-Gr)107Список литературы1.
D. Usachov, A. Fedorov, O. Vilkov, B. Senkovskiy, V.K. Adamchuk, L.V.Yashina, A.A. Volykhov, M. Farjam, N.I. Verbitskiy, A. Grüneis, C. Laubschat, D.V. Vyalikh. The chemistry of imperfections in N-graphene // NanoLett. — 2014. — Vol. 14. — P. 4982.2. Д.Ю.
Усачёв, А.В. Фёдоров, О.Ю. Вилков, Б.В. Сеньковский, В.К.Адамчук, Б.В. Андрюшечкин, Д.В. Вялых. Синтез и электронная структура графена, легированного атомами азота // ФТТ. — 2013. — Т. 55. —С. 1231.3. D. Usachov, O. Vilkov, A. Grüneis, D. Haberer, A. Fedorov, V.K. Adamchuk, A.B. Preobrajenski, P. Dudin, A. Barinov, M.
Öhzelt, C. Laubschat,D.V. Vyalikh. Nitrogen-doped graphene: Efficient growth, structure, andelectronic properties // Nano Lett. — 2011. — Vol. 11. — P. 5401.4. Д.Ю. Усачёв, А.В. Фёдоров, О.Ю. Вилков, А.В. Ерофеевская, А.С. Вопилов, В.К. Адамчук, Д.В. Вялых. Формирование и легирование литиемграфена на поверхности силицида кобальта // ФТТ.
— 2015. — Т. 57. —С. 1024.5. O. Vilkov, A. Fedorov, D. Usachov, L.V. Yashina, A.V. Generalov, K. Borygina, N.I. Verbitskiy, A. Grüneis, D.V. Vyalikh. Controlled assembly ofgraphene-capped nickel, cobalt and iron silicides // Sci. Rep. — Vol. 3. —P. 2168.6. A.A. Rybkina, A.G.
Rybkin, A.V. Fedorov, D.Yu. Usachov, M.E.Yachmenev, D.E. Marchenko, O.Yu. Vilkov, A.V. Nelyubov, V.K. Adamchuk, A.M. Shikin. Interaction of graphene with intercalated Al: The process of intercalation and specific features of the electronic structure of thesystem // Surf. Sci. — 2013. — Vol. 609. — P. 7.7. И.И. Пронин, М.В. Гомоюнова, С.М. Соловьёв, О.Ю. Вилков, Д.В. Вялых. Начальные стадии роста и магнитные свойства плёнок кобальта на108поверхности Si(100)2×1 // ФТТ. — 2011. — Т.
53. — С. 573.8. R. Saito, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus. Physical properties of carbonnanotubes. — London: Imperial College Press, 1998. — P. 272.9. K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V.Dubonos, I.V. Grigorieva, A.A. Firsov. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science.
— 2004. — Vol. 306. — P. 666.10. A.K. Geim, K.S. Novoselov. The rise of graphene // Nat. Mater. — 2007. —Vol. 6. — P. 183.11. К.С. Новосёлов. Графен: Материалы Флатландии // УФН. — 2011. — Т.181. — С. 1299.12. P.R. Wallace. The band theory of graphite // Phys. Rev.
— 1947. —Vol. 71. — P. 622.13. A. Grüneis. Synthesis and electronic properties of chemically functionalized graphene on metal surfaces // J. Phys. Condens. Matter. — 2013. —Vol. 25. — P. 043001.14. A.H. Castro Neto, F. Guinea, N.M.R. Peres, K.S. Novoselov, A.K. Geim.The electronic properties of graphene // Rev. Mod. Phys. — 2009. —Vol. 81. — P. 109.15. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика т.III. Квантовая механика (нерелятивистская теория). — М.: Наука, 1989. — С. 753.16. J.C. Slonczewski, P.R. Weiss. Band structure of graphite // Phys. Rev.
—1958. — Vol. 109. — P. 272.17. Y. Zhang, Y.-W. Tan, H.L. Stormer, P. Kim. Experimental observationof the quantum Hall effect and Berry’s phase in graphene // Nature. —2005. — Vol. 438. — P. 201.18. Ю.Е. Лозовик, С.П. Меркулова, А.А. Соколик. Коллективные электронные явления в графене // УФН. — 2008. — Т. 178. — С. 757.19. S.V. Morozov, K.S. Novoselov, M.I. Katsnelson, F. Schedin, D.C.
Elias,J.A. Jaszczak, A.K. Geim. Giant intrinsic carrier mobilities in graphene109and its bilayer // Phys. Rev. Lett. — 2008. — Vol. 100. — P. 016602.20. K.I. Bolotin, K.J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone,P. Kim, H.L. Stormer. Ultrahigh electron mobility in suspendedgraphene // Solid State Commun. — 2008. — Vol. 146. — P. 351.21. C.W.J. Beenakker. Colloquium: Andreev reflection and Klein tunneling ingraphene // Rev. Mod. Phys. — 2008.
— Vol. 80. — P. 1337.22. A. Calogeracos, N. Dombey. History and physics of the Klein paradox //Contemp. Phys. — 1999. — Vol. 40. — P. 313.23. A.J. van Bommel, J.E. Crombeen, A. van Tooren. LEED and Augerelectron observations of the SiC(0001) surface // Surf. Sci.
— 1975. —Vol. 48. — P. 463.24. K.V. Emtsev, A. Bostwick, K. Horn, J. Jobst, G.L. Kellogg, L. Ley, J.L.McChesney, T. Ohta, S.A. Reshanov, J. Rohrl, E. Rotenberg, A.K. Schmid,D. Waldmann, H.B. Weber, T. Seyller. Towards wafer-size graphene layersby atmospheric pressure graphitization of silicon carbide // Nat. Mater. —2009. — Vol. 8. — P. 203.25. C. Berger, Z.
Song, T. Li, X. Li, A.Y. Ogbazghi, R. Feng, Z. Dai, A.N.Marchenkov, E.H. Conrad, P.N. First, W.A. de Heer. Ultrathin epitaxialgraphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-basednanoelectronics // J. Phys. Chem. B. — 2004. — Vol. 108. — P. 19912.26. T. Seyller, K.V. Emtsev, K. Gao, F. Speck, L. Ley, A. Tadich, L.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
