通过顺序氧化在石墨烯上外延形成超薄HfO₂
材料科学
2025-04-17 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们展示了在石墨烯上外延形成超薄氧化铪(HfO₂)。单斜氧化铪(m-HfO₂)作为一系列顺序氧化反应的最终产物而形成。从在石墨烯上外延生长的Hf金属开始，氧化首先导致非晶亚氧化物(a-HfOₓ)，然后是与衬底外延关系的结晶六方亚氧化物(h-HfOₓ)，最后也是外延的m-HfO₂。我们使用扫描透射电子显微镜来表征外延关系并研究h-HfOₓ的结构。我们提出了一系列位移型相变，这些相变关联不同的结晶相，并且与观察到的与石墨烯衬底的外延关系一致。基于ReaxFF的反应分子动力学模拟证实了我们对氧化物相序的模型，并说明了石墨烯在促进氧化物结晶中的作用。我们的结果提出了一种实现高性能结晶电介质与二维(2D)半导体异质外延集成的方法，具有原子级尖锐界面，这也与氧化铪相工程相关。
引用
@article{arxiv.2504.11693,
title = {Epitaxial formation of ultrathin HfO2 on graphene by sequential oxidation},
author = {Zhenjing Liu and Qian Mao and Varun Kamboj and Rishabh Kothari and Paul Miller and Kate Reidy and Adri C. T. van Duin and R. Jaramillo and Frances M. Ross},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.11693},
year = {2025}
}