육각형 기판 상에 성장 된 에피 택셜 그래 핀의 결정 성은 진공 어닐링 동안 몰리브덴 플레이트 (모 플레이트)로 기판을 캡핑함으로써 크게 향상되는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어 모 플레이트 캐핑으로 성장한 층의 결정 성 향상은 캐핑이없는 스펙트럼에 비해 측정 된 라만 스펙트럼의 중요한 변화로 확인된다. 모 플레이트 캐핑은 열 복사 미러링 (thermal radiation mirroring)에 의해 표면에 열 축적을 유도하고 승 화 된 Si 원자를 결정 기판과 모 플레이트 사이에 가두어 표면 근처의 Si 부분 압력을 상승시키는 것으로 고려되며, 이는 결정 성 향상에 필수적이다.

소개

그래 핀은 허니 콤 격자 구조에 배열 된 탄소 원자의 단일 층으로 구성된 2 차원 물질이다. 1,2,3,4. 우수한 전자 및 홀 이동성 때문에 그라 핀은 주파수 영역에서 작동하는 초고속 전자 장치의 유망한 후보 물질로 간주되어왔다. graphene의 성공적인 성공적인 분리는 고도로 열분해 된 흑연 (hopg) 2를 기계적으로 박리함으로써 달성되었습니다. 고품질의 단결정 그래파이트 플레이크가 기계적 박리에 의해 얻어 질 수는 있지만, 그래 핀 플레이크의 크기는 실제 응용에 비해 너무 작다 (\u003c100 μm). 화학적 기상 증착 (cvd) 7,8, 고체 소스 증착 9,10 및 sic4,6,11,12,13,14의 표면 그라파이션을 포함한 몇 가지 대안이 대규모 그래 핀의 합성을 위해 연구되었다. 특히 흥미로운 것은 고온 (\u003e 1300 ℃)에서 초고 진공 (uhv) 4 또는 아르곤 환경 (6)에서의 열 어닐링에 의한 단결정 실리콘의 표면 흑연 화이다. 이 과정에서 si 원자 만이 표면에서 승화되고 나머지 c 원자는 si면 (0001) 또는 c면 (000-1)에서 샘플 크기의 균일 한 소위 에피 택셜 그래 핀 (epitaxial graphene) 표면. 예를 들어 c면에서 성장한면은 일반적으로 si면에서보다 두껍고 (일반적으로 10-20 층이지만) 캐리어 이동도는 18,700 cm2v-1s-1까지 도달 할 수 있습니다. 14. hass 외. 원리 계산에 따르면 c면의 높은 캐리어 이동성은 c면 eg16에있는 고유 한 회전 스태킹 오류 때문입니다. 이러한 회전 스태킹 결함은 인접한 그라 핀 층을 전자적으로 분리하고 다중 그라 핀 층이 고립 된 단일 층 그라 핀의 전자 특성을 유지하도록합니다. 아주 최근에, trabelsi et al. (수백 ㎛) 또는 독립적 인 기포 (수 ㎛)의 형태로 c- 표면에서 에피 택셜하게 성장할 수 있다고보고했다 .17)

그 결과는 외부 적으로 공급되는 sI 플럭스와 종래의 uhv 어닐링 동안의 성장 시간을 조심스럽게 조정함으로써 c면에서 성장한 층의 두께를 제어하는 ​​것이 가능하다는 것을 의미한다. 대규모 가용도 및 우수한 전기적 특성을 기반으로 예를 들어 실리콘 표면 (si-face 또는 c-face)은 미래의 전자 장치를위한 플랫폼으로 사용될 수있는 가능성을 분명히 보여줍니다. 그러나, 가공 비용을 절감하면서 고성능 전자 장치를 제조하기 위해 우수한 전기 특성을 유지하면서 예를 들어 형성 온도를 낮추는 것에 지속적으로 노력할 필요가있다. 이것은 현재의 Si 기술과 경쟁하고있는 eg 기반 전자 제품의 실제 상용화에있어 매우 중요합니다. 이 연구에서 우리는 uhv 어닐링 중에 몰리브덴 플레이트 (모 플레이트)로 기판을 단순히 캡핑함으로써 육각형 기판 상에 성장 된 결정 성을 현저히 향상시키는 실험적 방법을 개발했다.

결과들

모 판형 캡핑 및 구조 해석을 이용한 n- 형 c-면 4h 표면의 필름 성장

예를 들어, n 형 c면 4h- 실리콘 기판 상에 4도 미스 컷에서 \u0026 lt; 11-20 \u0026 gt; sic 기판을 1 분 동안 hf (49 %)로 화학적으로 세정 한 후 메탄올 린스로 자연 산화물을 제거 하였다. 몰 - 플레이트도 10 분 동안 hcl : h2o (2 : 1) 용액으로 세척 한 후 기계 가공에서 잔류 물을 제거하기 위해 500 ℃에서 2 시간 헹굼 및 어닐링을 실시했습니다. 예를 들어 모 플레이트 캐핑을 사용하거나 사용하지 않은 경우의 성장을 비교하기 위해 하나의 4h 샘플의 c면은 mo 플레이트와 접촉하고 다른 4h 샘플의 c면은 uhv 환경에 노출되었다 어닐링 (annealing)을 수행 하였다. 이와 같이 준비된 샘플은 850-950 ° C에서 10-60 분 동안 어닐링되었으며 이는 종래의 진공 어닐링 공정보다 상당히 낮다. 온도는 교차 점검을 위해 열 고온계와 열전쌍을 사용하여 측정되었다. 어닐링 시간이 900 ℃에서 60 분에 도달 할 때 챔버 압력은 6.0 × 10-9 torr이고 작동 압력은 ~ 4.6 × 10-6 torr만큼 높아졌다.

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