グラフェン・オン・シリコン表面構造のLEED観察

LEED observation for surface structure of graphene on silicon

高橋 良太*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 

Takahashi, Ryota*; Miyamoto, Yu*; Handa, Hiroyuki*; Saito, Eiji*; Imaizumi, Kei*; Fukidome, Hirokazu*; Suemitsu, Maki*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka

われわれはSi基板上に3C-SiC極薄膜をエピタキシャル成長させ、このSiC極薄膜を真空熱処理することによりグラフェンを形成することに成功した(グラフェン・オン・シリコン技術)。本研究ではGOS形成過程の解明を目的としてLEED及びXPSによる表面構造観察を行った。Si(111)上に形成した3C-SiC(111)薄膜のLEED観察ではバルクSiCの周期性を示す11パターンが確認された。グラフェン化処理(1523K,30分間加熱)後はグラフェン構造の周期性を示す11パターンが確認された。バルクSiC(11)に対してグラフェン(11)のスポットは30度回転している。グラフェン化処理前後のC1s-XPS観察では、グラフェン化処理後にsp結合に起因するピークが顕著になり、SiCバルクピークが減少することが確認された。本研究の結果、Si基板上の3C-SiCからのグラフェン形成は、6H-SiC(0001)基板上でのグラフェン化と同様であることが明らかになった。

We have succeeded to form graphene films from 3C-SiC layer on Si substrate by thermal annealing in vacuum (graphene on silicon technique:GOS). In this study, surface structures were observed by LEED and XPS methods to make clear the GOS formation mechanisms. SiC-11 LEED pattern was observed at 3C-SiC(111) surface on the Si substrate showing periodicity of bulk SiC. After graphene formation treatments of 1523 K thermal annealing for 30 min, graphene 11 pattern was observed showing periodicity of graphene. The graphene (11) spots were tilted by 30 deg comparing to the bulk SiC (11) spots. C1s-XPS observation revealed that a peak corresponding to sp bonding increased with decreasing SiC bulk peak. Consequently, graphene formation from 3C-SiC on Si substrate is same as that on 6H-SiC(0001) substrate.