Es wurde gefunden, dass die Kristallinität von epitaxialem Graphen (z. B.), das auf einem hexagonalen Substrat gezüchtet wird, stark verbessert wird, indem das Substrat während des Vakuumglühens mit einer Molybdänplatte (Mo-Platte) bedeckt wird. Die Kristallinitätsverstärkung von z. B. einer Schicht, die mit einer Mo-Plate-Verkappung gewachsen ist, wird durch die signifikante Änderung der gemessenen Raman-Spektren im Vergleich zu den Spektren ohne Verkappung bestätigt. Es wird angenommen, dass die Mo-Platten-Verkappung durch Wärmestrahlungs-Spiegelung eine Wärmestauung auf der Oberfläche induziert und den Si-Partialdruck in der Nähe der Oberfläche durch Begrenzung der sublimierten Si-Atome zwischen Substrat und Mo-Platte erhöht, was wesentlich zur Kristallinitätsverstärkung beitragen würde.

Einführung

Graphen ist ein 2d-Material, das aus einer Monoschicht von Kohlenstoffatomen besteht, die in einer Wabenstruktur 1, 2, 3, 4 angeordnet sind. Aufgrund seiner überlegenen Elektronen- und Lochmobilitäten wurde Graphen als vielversprechender Materialkandidat für ultraschnelle elektronische Bauelemente angesehen, die im Frequenzbereich arbeiten5. Die erste erfolgreiche Isolierung von Graphen wurde durch mechanisches Exfolieren von hochorientiertem pyrolytischem Graphit (Hopg) 2 erreicht. obwohl hochqualitative einkristalline Graphenflocken durch mechanisches Abblättern erhalten werden können, sind die Größen der Graphenflocken für praktische Anwendungen zu klein (\u0026 lt; 100 μm) 6. Mehrere Alternativen, darunter chemische Gasphasenabscheidung (CVD) 7,8, Festkörperabscheidung9,10 und Oberflächengraphitation von sic4,6,11,12,13,14, wurden für die Synthese von Graphen im großen Maßstab untersucht. von besonderem Interesse ist die Oberflächengraphitation eines einkristallinen Siliciums durch thermisches Tempern im Ultrahochvakuum (uhv) 4 oder in einer Umgebung 6 bei hoher Temperatur (\u0026 gt; 1300ºC). Bei diesem Prozess werden nur Si-Atome von der Oberfläche sublimiert und die verbleibenden c-Atome ordnen sich zu einem einheitlichen epitaktischen Graphen (z. B.) entweder auf Si-Fläche (0001) oder C-Fläche (000-1) an. Oberfläche15. B. auf der c-face-Oberfläche gewachsen, ist normalerweise dicker (typischerweise 10-20 Schichten) als die auf der si-face-Oberfläche, aber seine Ladungsträgerbeweglichkeit kann bis zu 18.700 cm2v-1s-1 erreichen. 14. hass et al.showed from first- Prinzipienberechnungen, dass solch eine hohe Trägerbeweglichkeit von c-face z. B. auf die einzigartigen Rotationsstapelfehler zurückzuführen ist, die in c-face eg16 liegen. Diese Rotationsstapelfehler entkoppeln die benachbarten Graphenschichten elektronisch und sorgen dafür, dass die mehreren Graphenschichten die elektronischen Eigenschaften eines isolierten Graphen-Graphen beibehalten. Kürzlich haben Trabelsi et al. berichteten, dass einige oder sogar einzelne Graphenschichten epitaktisch auf der c-face-Oberfläche in Form von Inseln (Hunderte von \u0026 mgr; m) oder freistehenden Blasen (einige \u0026 mgr; m) wachsen können.

18. Ihre Ergebnisse implizieren, dass es möglich ist, die Dicke von z. B. gewachsenen Oberflächen auf der C-Fläche durch sorgfältiges Einstellen des extern zugeführten Si-Flusses und der Wachstumszeit während des herkömmlichen UHV-Temperns zu steuern. aufgrund der großen verfügbarkeit und guten elektrischen eigenschaften zeigt die zb auf sic-oberfläche (entweder si-face oder c-face) deutlich das potenzial, das als plattform für zukünftige elektronische geräte genutzt werden kann. Es ist jedoch notwendig, kontinuierlich an der Senkung der Bildungstemperatur von beispielsweise unter Beibehaltung seiner überlegenen elektrischen Eigenschaften zu arbeiten, um elektronische Hochleistungsvorrichtungen mit verringerten Verarbeitungskosten herzustellen. Dies ist sehr wichtig für die tatsächliche Vermarktung von z. B. Elektronik im Wettbewerb mit der aktuellen Si-Technologie. In dieser Arbeit haben wir ein experimentelles Verfahren entwickelt, um die Kristallinität von z. B. auf einem hexagonalen Substrat einfach zu verbessern, indem man das Substrat während des Glühens mit einer Molybdänplatte (Mo-Platte) bedeckt.

Ergebnisse

Wachstum von zB Filmen auf n-Typ c-face 4h-sic Oberfläche mit Mo-Plate Capping und Strukturanalysen

der eg-Film wurde zuerst auf einem c-face-4h-Substrat vom n-Typ mit einem 4-Grad-Fehlschnitt auf \u0026 lt; 11-20 \u0026 gt; Das sic-Substrat wurde chemisch mit HF (49%) für 1 min gereinigt, gefolgt von Methanol spülen, um native Oxide zu entfernen. Die MO-Platte wurde auch mit HCl: H2O (2: 1) -Lösung für 10 Minuten gereinigt, gefolgt von Di-Spülen und Glühen bei 500 ° C in UHV, um die Rückstände von Bearbeitungsverfahren zu entfernen. Um das Wachstum von z. B. mit und ohne Mo-Plate-Verkappung zu vergleichen, war die C-Vorderfläche einer 4-h-Probe in Kontakt mit der Mo-Platte, während die der anderen 4-h-Probe während des Betriebes der UHV-Umgebung ausgesetzt wurde Glühen wie in Abbildung 1 gezeigt. Die auf diese Weise hergestellten Proben wurden 10-60 min lang bei 850-950 ° C geglüht, was wesentlich niedriger ist als beim herkömmlichen Vakuumglühprozess. Die Temperatur wurde gemessen, indem sowohl ein Ir-Pyrometer als auch ein Thermoelement zum Vergleich verwendet wurden. der Kammerbasisdruck betrug 6,0 × 10 \u0026 supmin; \u0026 sup9; Torr und der Arbeitsdruck wurde so hoch wie ~ 4,6 × 10 \u0026 supmin; \u0026 sup6; Torr, wenn die Glühzeit 60 Minuten bei 900 ° C erreichte.

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