酸素添加によるSiC表面グラフェン化プロセスの低温化

Reduction of graphitization temperature of SiC surface by addition of oxygen

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

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

カーボン原子層の2次元結晶であるグラフェンは、300,000cm/V/sという高移動度を示すため、次世代デバイス材料として大きな注目を集めている。グラフェンの実用化に関しては、Si基板上SiC薄膜の熱改質によりシリコン基板上にグラフェンを形成するグラフェン・オン・シリコン(GOS)技術が一つの有力な解である。しかしGOSプロセスを含めた従来技術では、グラフェン形成温度が15231573Kと高いために、これを直ちにシリコンデバイスプロセスに導入することは困難である。われわれはYongwei Songらが報告したSiC表面と酸素分子の温度・圧力反応図に注目し、グラフェン化アニール雰囲気への微量酸素の添加により、1273Kという低温でSiC表面のグラフェン化に成功した。

As the graphene, 2D-crystal of a carbon atomic layer, has a large mobility of 300000 cm/V/s, it is expected as a candidate for the next generation electronic device material. As to the practical use of graphene, a graphene-on-silicon (GOS) technique in which graphene is formed by thermal annealling on an silicon substrate covered by an SiC thin film. Since the anneal temperature is high as 1523-1573 K for the graphene formation in the former techniques including the GOS technique, such a high temperature technique is not introduced indeed in silicon device fabrication processes. We noticed a temperature-pressure phase diagram reported by Yongwei Song et al.. We have succeeded to form a graphene film on the SiC surface at a lower temperature of 1273 K by adding a bit of oxygen gas in the anneal atmosphere.