la cristallinità del grafene epitassiale (ad esempio) cresciuto su un substrato esagonale-sic si trova ad essere migliorata notevolmente tappando il substrato con una piastra di molibdeno (piastra mo) durante la ricottura sotto vuoto. il miglioramento della cristallinità, ad esempio dello strato cresciuto con capping mo-plate, è confermato dal cambiamento significativo degli spettri raman misurati, rispetto agli spettri senza alcun limite. il capping mo-plate è considerato per indurre l'accumulo di calore sulla superficie sic attraverso il mirroring della radiazione termica e aumentare la pressione parziale vicino alla superficie, limitando gli atomi di sublimati tra substrato e piastra mo, che sarebbero i contributori essenziali del miglioramento della cristallinità.

introduzione

Il grafene è un materiale 2d composto da un monostrato di atomi di carbonio disposti in una struttura a reticolo a nido d'ape1,2,3,4. a causa della sua superiore mobilità di elettroni e buche, il grafene è stato considerato un promettente materiale candidato per dispositivi elettronici ultrarapidi che operano in regime di frequenza 5. il primo isolamento con successo del grafene è stato ottenuto mediante la grafite pirolitica altamente orientata (hopg) altamente esfoliante 2. sebbene i fiocchi di grafene monocristallino di alta qualità possano essere ottenuti mediante esfoliazione meccanica, le dimensioni delle scaglie di grafene sono troppo piccole (\u0026 lt; 100 μm) per le applicazioni pratiche6. diverse alternative tra cui la deposizione chimica da vapore (cvd) 7,8, la deposizione di sorgenti solide9,10 e la grafite superficiale di sic4,6,11,12,13,14 sono state esplorate per la sintesi di grafene su larga scala. di particolare interesse è la grafitazione superficiale di un singolo cristallino per ricottura termica in ambiente ultra alto vuoto (uhv) 4 o ar6 ad alta temperatura (\u0026 gt; 1300 ° c). in questo processo, solo gli atomi di si sono sublimati dalla superficie e gli atomi di c rimanenti si riorganizzano in modo da formare un uniforme del campione, il cosiddetto grafene epitassiale (es.) su si-face (0001) o c-face (000-1) surface15. ad esempio, la superficie cresciuta su c-face è normalmente più spessa (tipicamente 10-20 strati) rispetto a quella su superficie si-face ma la sua mobilità portante può raggiungere anche 18.700 cm2v-1s-1 14. hass et al.showed from first- calcoli di principi che tale elevata mobilità portante di c-face, ad esempio, è dovuta agli unici errori di accatastamento rotazionale che risiedono in c-face eg16. questi difetti di impilamento rotazionale disaccoppiano elettronicamente gli strati di grafene adiacenti e fanno sì che gli strati di grafene multipli mantengano le proprietà elettroniche di un grafene a strato singolo isolato. molto recentemente, trabelsi et al. hanno riportato che alcuni o addirittura singoli strati di grafene potevano essere coltivati ​​epitassialmente sulla superficie della faccia c sotto forma di isole (centinaia di μm) o di bolle indipendenti (diversi μm) 17,

18. i loro risultati implicano che è possibile controllare lo spessore di es. Cresciuto su superficie c-face regolando attentamente il flusso di si fornito esternamente e il tempo di crescita durante la ricottura uhv convenzionale. in base alla disponibilità su larga scala e alle buone proprietà elettriche, la superficie ad esempio (si-face o c-face) dimostra chiaramente il potenziale da utilizzare come piattaforma per i futuri dispositivi elettronici. tuttavia, è necessario lavorare continuamente per abbassare la temperatura di formazione ad esempio mantenendo le sue superiori proprietà elettriche al fine di fabbricare dispositivi elettronici ad alte prestazioni a costi di elaborazione ridotti. questo è abbastanza cruciale per l'effettiva commercializzazione dell'elettronica basata su eg in competizione con l'attuale tecnologia si. in questo lavoro, abbiamo sviluppato un metodo sperimentale per migliorare in modo significativo la cristallinità, ad esempio coltivata su un substrato esagonale-sic semplicemente tappando il substrato con una piastra di molibdeno (piastra mo) durante la ricottura uhv.

risultati

crescita di film ad esempio su superficie 4h-sic di tipo c con superficie n con capping mo-plate e analisi strutturali

ad esempio, il film è stato dapprima cresciuto su un substrato di tipo 4h-sic 4-sico di tipo n a 2-gradi per \u0026 lt; 11-20 \u0026 gt ;. il substrato sic è stato pulito chimicamente con hf (49%) per 1 minuto seguito da risciacquo con metanolo per rimuovere gli ossidi nativi. anche la piastra mo è stata pulita con hcl: h2o (2: 1) soluzione per 10 min seguita da di risciacquo e ricottura a 500 ° c in uhv per rimuovere i residui dai processi di lavorazione. al fine di confrontare la crescita di es. con e senza tappatura del mo-plate, la superficie in c-faccia di un campione di 4 ore è stata a contatto con la piastra mo mentre quella dell'altro campione di 4 ore è stata esposta all'ambiente UV durante ricottura come mostrato in figura 1. i campioni preparati in questo modo sono stati ricotti per 10-60 minuti a 850-950 ° c, che è sostanzialmente inferiore al processo di ricottura a vuoto convenzionale. la temperatura è stata misurata usando sia un pirometro ir che una termocoppia per il controllo incrociato. la pressione di base della camera era 6.0 × 10-9 torr e la pressione di esercizio divenne alta come ~ 4.6 × 10-6 torr quando il tempo di ricottura raggiungeva 60 min a 900 ° c.

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