利用原子操縱技術實現金屬表面單原子摻雜的理論研究.pdf

1、隨著技術的進步，器件的尺度可以縮小到納米甚至原子尺度，在這種情況下，器件中的摻雜原子的數量和位置都會對器件的性質產生較大的影響，甚至單個摻雜原子都會影響繼而決定器件的性能，由此產生了精確摻雜單個原子的需求。現有的單原子摻雜方法例如單離子注入和STM輔助刻蝕等，雖然能完成單個原子的摻雜，但其精度并未達到真正的原子級精度。那么尋求一種具備原子級精度的摻雜方法就很有必要了。眾所周知，使用探針進行原子操縱的技術經過二十多年的研究，已成為一項較為

2、成熟的技術并在納米制造和工程上具備廣泛的應用前景。利用探針進行單原子操縱具備極高的精度，這得益于探針對原子的直接控制。那么自然我們便考慮利用單原子操縱技術來進行單原子摻雜。這是本文研究的出發(fā)點。我們的研究采用基于第一性原理的計算和模擬方法，提出了一種利用探針操縱在金屬表面進行單原子替換摻雜的方案，并研究了實現該方案的一些操縱細節(jié)和可靠性等。
　　本文第一章簡要回顧了單原子操縱技術以及單原子摻雜技術，簡述了這些技術的發(fā)展與現狀，并提

3、出了本文研究的出發(fā)點和目標，以及本文所完成的工作。
　　第二章簡要介紹了本文研究所使用的第一性原理計算方法，并簡單介紹了我們研究中使用的VASP軟件。
　　第三章中詳細闡述了如何利用原子操縱技術實現單原子的摻雜。我們的研究通過第一性原理模擬提出了一種可行可靠的單原子替換摻雜的方案。該方案全過程包括使用三原子針尖探針提取臺階邊緣Al原子和使用含有摻雜原子的單原子針尖探針釋放摻雜原子兩步。其中釋放摻雜原子的過程又分為兩個步驟，首

4、先探針定位于吸附位正上方豎直下降，當探針降低到7.1(A)（釋放Ag原子）時，再改為橫向移動探針，探針移動一定距離后針尖的摻雜原子會落到吸附位中。本研究還探索了不同的釋放摻雜原子的方法，即通過縱向撤走探針的方式來釋放摻雜原子，結果表明該方法并不能可靠地釋放摻雜原子。我們的研究還利用勢能曲線來闡明提取和釋放原子的原理并說明了操縱的可靠性。
　　第四章則總結了本文的研究結論并對未來的研究進行了展望。我們提出的方法實現了臺階邊緣替換摻雜