1。1。2  硅烯的研究现状

1。2  硅烯的基本结构与性质

硅烯是一种由单层硅原子呈蜂窝状规律排列的二位薄膜，同一平面上的硅原子不稳定并趋于形成原子不共面的翘曲结构，其中硅烯六元环中的3个原子向上翘曲，结构的对称性由D6h变为D3d。这种翘曲结构是由sp2与sp3杂化轨道混合的结果。正是这种介于sp2与sp3之间的翘曲结构，使得硅烯具有费米狄拉克特性， 其布里渊区同样有六个线性色散的Dirac锥[5]。由此，很多在石墨烯中发现的新奇量子效应，都可以在硅烯中找到相对应的版本。而且，硅烯还具备石墨烯没有的一些优势，姚裕贵教授等人对硅烯的计算结果表明硅烯的非共面结构使得硅烯具有更强的自旋轨道耦合，在狄拉克点能打开更大的能隙，从而实现可观测的量子自旋霍尔效应。硅烯被认为是二维拓扑绝缘体，其能带结构能被外加的电场和磁场调制，出现量子反常霍尔态、谷极化金属态（valley-polarized metal phase）、拓扑相变等新奇量子现象。例如可通过硅烯对氢原子的吸附实现硅烯在导体，半导体，绝缘体之间的转化[26]。

图1。1（a） 硅烯的晶体管制备过程，（b）硅烯集成晶体管，（c）具有Dirac 锥的能带结构图。

1。3  硅烯制备合成方法

         由于硅的结构并非层状结构，所以无法进行机械剥离制备，现主流制备方法是外延生长法，其中衬底主要采用Ag(111)和ZrBr2(001)表面衬底。[2]

1。3。1  硅烯在Ag(111)衬底表面的合成方法文献综述

在具体操作中我们知道超真空的条件下的硅烯在银质衬底上的外延生长过程很难进行。其原因是界面的相互作用很强，使得硅烯原子的屈曲程度发生改变，结构发生重构，其元胞变大，对称性降低。当衬底温度在不同温度下时，其生长的结构相也不同，例如在低于500K时，硅原子在Ag(111)表面上会生长出多种不同周期的结构相，其结构包括（4×4）,(√7×√7),(√13×√13)，（2√3×2√3），当衬底的温度提高到500Ｋ时，银衬底上会形成一种面积大且有序的单层结构，即（√3×√3）结构。这种结构的硅烯薄膜的完整性和稳定性都非常良好[3]。B。Feng等人结合第一性原理的理论计算，证实了屈曲蜂窝状结构硅烯的存在，并且系统地介绍了硅烯在Ag(111)衬底表面上外延生长的制备方法。在超真空条件下，他们用低温扫描隧道显微镜观察硅烯的生长[28]。在衬底温度不断升高的条件下，在Ag(111)衬底上沉积的硅原子会呈现不同的相结构。衬底温度在400K以下时，硅在Ag(111)衬底上的生长倾向更趋于生成簇状或无序结构。在衬底温度达到420K的情况下，在衬底处会形成Ｔ相和Ｈ相这两种有序的结构。观察分析发现，这两相的能量，原子结构以及它们的稳定性都是相似的，但遗憾的是，这些都不是经过理论计算后预测的屈曲结构；在衬底温度达到480K的情况下，衬底上可以得到了为moire相的，这种结构是长程有序的，且这种硅烯的屈曲结构并不完整；在衬底温度达到500K的情况下，就会出现蜂窝状结构的屈曲结构STM图像，从而得到单层硅原子的硅烯结构，再结合第一性原理理论计算，从而证实了硅烯的屈曲蜂窝状结构的存在。经此法制备的薄膜的结构为（√3×√3）结构，这种结构的稳定性和完整性非常良好[4]。