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cristallinité accrue du graphène épitaxial cultivé sur une surface sic hexagonale avec un recouvrement de plaque de molybdène

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cristallinité accrue du graphène épitaxial cultivé sur une surface sic hexagonale avec un recouvrement de plaque de molybdène

2018-01-03

la cristallinité du graphène épitaxial (par exemple) cultivé sur un substrat hexagonal-sique s'est révélée fortement améliorée en coiffant le substrat avec une plaque de molybdène (plaque mo) pendant le recuit sous vide. l'amélioration de la cristallinité de la couche cultivée avec le recouvrement de la plaque mo est confirmée par le changement significatif des spectres raman mesurés, comparé aux spectres pour l'absence de coiffage. On considère que le coiffage des plaques mo est induit une accumulation de chaleur sur la surface par réflexion thermique et augmente la pression partielle près de la surface en confinant les atomes sublimés entre le substrat sic et la mo-plaque, contribuant ainsi au renforcement de la cristallinité.

introduction

le graphène est un matériau 2d composé d'une monocouche d'atomes de carbone disposés dans une structure en treillis en nid d'abeilles1,2,3,4. En raison de sa mobilité supérieure des électrons et des trous, le graphène a été considéré comme un matériau candidat prometteur pour les dispositifs électroniques ultrarapides fonctionnant dans le régime de fréquence 5. Le premier isolement réussi du graphène a été obtenu par exfoliation mécanique du graphite pyrolytique fortement orienté (hopg) 2. bien que des flocons de graphène monocristallin de haute qualité puissent être obtenus par exfoliation mécanique, les tailles de flocons de graphène sont trop petites (\u003c100 um) pour des applications pratiques6. plusieurs alternatives, y compris le dépôt chimique en phase vapeur (cvd) 7,8, le dépôt de source solide9, 10, et la graphitation de surface de sic4, 6, 11, 12, 13, 14 ont été explorées pour la synthèse de graphène à grande échelle. d'un intérêt particulier est la graphitation de surface d'une sic monocristalline par recuit thermique sous ultravide (uhv) 4 ou ar environnement6 à haute température (\u003e 1300 ° c). Dans ce processus, seuls les atomes de silicium sont sublimés à partir de la surface et les atomes de carbone restants se réarrangent pour former un graphène épitaxial uniforme (par exemple) sur la face (0001) ou la face C (000-1). surface15. Par exemple, la surface cultivée sur la face C est normalement plus épaisse (typiquement de 10 à 20 couches) que sur la surface de la face, mais sa mobilité de support peut atteindre 18 700 cm2v-1s-1. 14. hass et al. calculs de principes qu'une telle grande mobilité de porteur de c-face est par exemple due aux défauts uniques d'empilement de rotation résidant dans le c-face par exemple16. ces défauts d'empilement rotationnels découplent électroniquement les couches de graphène adjacentes et font en sorte que les multiples couches de graphène maintiennent les propriétés électroniques d'un graphène monocouche isolé. très récemment, trabelsi et al. ont rapporté que quelques ou même une seule couche de graphène pouvait être épitaxiée sur la surface de la face C sous la forme d'îlots (centaines de μm) ou de bulles libres (plusieurs μm) 17,

18. leurs résultats impliquent qu'il est possible de contrôler l'épaisseur de par exemple cultivé sur la surface de la face C en ajustant soigneusement le flux de Si fourni à l'extérieur et le temps de croissance pendant le recuit Uhv classique. Sur la base de la disponibilité à grande échelle et de bonnes propriétés électriques, la surface par exemple sur la face (face ou face C) démontre clairement le potentiel d'utilisation comme plate-forme pour les futurs appareils électroniques. cependant, il est nécessaire de travailler continuellement à abaisser la température de formation par exemple tout en conservant ses propriétés électriques supérieures afin de fabriquer des dispositifs électroniques à haute performance à des coûts de traitement réduits. ceci est tout à fait crucial pour la commercialisation effective de l'électronique par exemple en concurrence avec la technologie actuelle. Dans ce travail, nous avons développé une méthode expérimentale pour améliorer de manière significative la cristallinité, par exemple, de la croissance sur un substrat hexagonal-sic simplement en coiffant le substrat avec une plaque de molybdène (mo-plaque) pendant le recuit uhv.

résultats

Croissance de films, par exemple, sur une surface 4h-sic de type c de type n avec recouvrement de plaque mo et analyses structurales

le film par exemple a d'abord été cultivé sur un substrat 4h-sic de type c de type n à 4 degrés d'erreur à \u003c11-20\u003e. le substrat sic a été nettoyé chimiquement avec hf (49%) pendant 1 min suivi d'un rinçage au méthanol pour éliminer les oxydes natifs. Le mo-plaque a également été nettoyé avec une solution de HCl: H2O (2: 1) pendant 10 minutes, suivie d'un rinçage et d'un recuit à 500 ° C en uhv pour éliminer les résidus des processus d'usinage. afin de comparer la croissance de par exemple avec et sans coiffage de plaque mo, la surface de face c d'un échantillon 4h-sic était en contact avec la plaque mo tandis que celle de l'autre échantillon 4h-sic était exposée à un environnement uhv pendant le recuit comme montré sur la figure 1. les échantillons préparés de cette manière ont été recuits pendant 10-60 min à 850-950 ° C, ce qui est sensiblement inférieur au procédé de recuit sous vide classique. la température a été mesurée en utilisant à la fois un pyromètre infrarouge et un thermocouple pour une vérification croisée. la pression de base de la chambre était de 6,0 x 10-9 torr et la pression de travail atteignait ~ 4,6 x 10-6 torr lorsque le temps de recuit atteignait 60 min à 900 ° C.


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