ЭЛЕКТРОНОГРАФИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ГРАФЕНОВЫХ СЛОЕВ НА ПРОВОДЯЩЕЙ И ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕЙ ПОДЛОЖКАХ 6H-SiC(0001)

Котоусова Ирина Сергеевна, Лебедев Сергей Павлович, Лебедев Александр Александрович

doi:10.17586/2226-1494-2015-15-2-260-266

2015 , ТОМ 15, НОМЕР 2 ( март-апрель )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-260-266

УДК 538.911

ЭЛЕКТРОНОГРАФИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ГРАФЕНОВЫХ СЛОЕВ НА ПРОВОДЯЩЕЙ И ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕЙ ПОДЛОЖКАХ 6H-SiC(0001)

Котоусова И.С., Лебедев С.П., Лебедев А.А.

Читать статью полностью

Язык статьи - Русский

Ссылка для цитирования: Котоусова И.С., Лебедев С.П., Лебедев А.А. Электронографическое изучение структуры графеновых слоев на проводящей и полуизолирующей подложках 6H-SiC(0001) // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 2. С. 260–266.

Аннотация

Предмет исследования. Приведены результаты исследований структуры поверхности проводящей и полуизолирующей подложек 6H-SiC(0001) и выращенных на них эпитаксиальных графеновых слоев. Материалы и методы. В качестве подложки использовались два типа кристаллов карбида кремния политипа 6H: проводящие (удельное сопротивление менее 103 Ом·см) и полуизолирующие (удельное сопротивление более 105 Ом·см). Синтез слоев графена на подложках осуществлялся путем термического разложения при температуре 1350 ºC в течение 20 мин поверхности SiC в установке сублимационной эпитаксии в вакууме. Регистрация картин дифракции быстрых электронов на отражение проводилась с использованием двух приборов: электронографа ЭМР-102 при ускоряющем напряжении 75 кВ и электронного дифрактометра, встроенного в установку молекулярно-пучковой эпитаксии Compact 21T (Riber France), при ускоряющем напряжении 30 кВ. Основные результаты. Установлено, что на проводящей подложке происходит ориентированный рост графена, а на полуизолирующей, наряду с ориентированным ростом, наблюдается частичное образование поликристаллической составляющей в графеновых слоях вследствие более низкого структурного совершенства полуизолирующей подложки по сравнению со структурой проводящей подложки. Практическая значимость. Представленные результаты позволят понять зависимость качества выращенной графеновой пленки от структуры используемой подложки карбида кремния.

Ключевые слова: ДБЭО, SiC, термодеструкция, графен

Благодарности. Работа частично выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01).

Список литературы

1. Meyer J.C., Geim A.K., Katsnelson M.I., Novoselov K.S., Booth T.J., Roth S. The structure of suspended graphene sheets // Nature. 2007. V. 446. N 7131. P. 60–63. doi: 10.1038/nature05545

2. Berger C., Song Z., Li T., Li X., Ogbazghi A.Y., Feng R., Dai Z., Marchenkov A.N., Conrad E.H., First P.N., De Heer W.A. Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics // The Journal of Physical Chemistry B. 2004. V. 108. N 52. P. 19912–19916. doi: 10.1021/jp040650f

3. Hass J., Millan-Otoya J.E., First P.N., Conrad E.H. Interface structure of epitaxial graphene grown on 4HSiC (0001) // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 2008. V. 78. N 20. Art. 205424. doi: 10.1103/PhysRevB.78.205424

4. Varchon F., Mallet P., Veuillen J.-Y., Magaud L. Ripples in epitaxial graphene on the Si-terminated SiC (0001) surface // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 2008. V. 77. N 23. Art. 235412. doi: 10.1103/PhysRevB.77.235412

5. Norimatsu W., Michiko K. Transitional structures of the interface between graphene and 6H–SiC (0001) // Chemical Physics Letters. 2009. V. 468. N 1–3. P. 52–56. doi: 10.1016/j.cplett.2008.11.095

6. Virojanadara C., Syvajarvi M., Yakimova R., Johansson L.I., Zakharov A.A., Balasubramanian T. Homogeneous large-area graphene layer growth on 6H-SiC (0001) // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 2008. V. 78. N 24. Art. 245403. doi: 10.1103/PhysRevB.78.245403

7. Srivastava N., He G., Luxmi, Mende P.C., Feenstra R.M., Sun Y. Graphene formed on SiC under various environments: comparison of Si-face and C-face // Journal of Physics D: Applied Physics. 2012. V. 45. N 15. Art. 154001. doi: 10.1088/0022-3727/45/15/154001

8. Emtsev K.V., Speck F., Seyller Th., Ley L., Riley J.D. Interaction, growth, and ordering of epitaxial graphene on SiC (0001) surfaces: a comparative photoelectron spectroscopy study // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 2008. V. 77. N 15. Art. 155303. doi: 10.1103/PhysRevB.77.155303

9. Forbeaux I., Themlin J.-M., Debever J.-M. Heteroepitaxial graphite on 6H-SiC (0001): interface formation through conduction-band electronic structure // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. 1998. V. 58. N 24. P. 16396–16406.

10. Gomez De Arco L., Zhang Y., Kumar A., Zhou C. Synthesis, transfer, and devices of single-and few-layer graphene by chemical vapor deposition // IEEE Transactions on Nanotechnology. 2009. V. 8. N 2. P. 135– 138. doi: 10.1109/TNANO.2009.2013620

11. Лебедев А.А., Котоусова И.С., Лаврентьев А.А., Лебедев С.П., Макаренко И.В., Петров В.Н., Титков А.Н. Формирование наноуглеродных пленок на поверхности SiC методом сублимации в вакууме // Физика твердого тела. 2009. T. 51. № 4. С. 783–786.

12. Пинскер З. Г. Диффракция электронов. М.: АН СССР, 1949. 429 с.

13. Жукова Л.А., Гуревич М.А. Электронография поверхностных слоев и пленок полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1971. 173 c.

14. Курдюмов А.В., Пилянкевич, Гнесин Г.Г. Электронографическое исследование структуры тонких пленок низкотемпературного пирографита // Кристаллография. 1966. Т. 11. № 6. С. 867–870.

15. Xie X.N., Wang H.Q., Wee A.T.S., Loh K.P. The evolution of 3×3, 6×6,√ 3×√ 3R30° and 6√ 3×6√ 3R30° superstructures on 6H–SiC (0001) surfaces studied by reflection high energy electron diffraction // Surface Science. 2001. V. 478. N 1–2. P. 57–71. doi: 10.1016/S0039-6028(00)01064-5

16. Hisada Y., Hayashi K., Kato K., Aoyama T., Mukainakano S., Ichimiya A. Reconstructions of 6H-SiC (0001) surfaces studied by scanning tunneling microscopy and reflection high-energy electron diffraction // Japanese Journal of Applied Physics, part 1. 2001. V. 40. N 4 A. P. 2211–2216.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License