グラフェン・オン・シリコン形成過程のLEED, XPS観察

LEED and XPS observations of graphene-on-Si process

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

本研究ではグラフェンオンシリコン形成過程を解明するため、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SiC(11)とSi再構成表面(RT3RT3)R30が確認された。グラフェン化処理(1523Kで30分アニール)後のLEED観察では、graphene(11)が確認された。また、SiC(11)に対してgraphene(11)のスポットは30回転していた。これらSi(111)基板上の3C-SiC(111)薄膜のグラフェン形成過程は6H-SiC(0001)基板上のグラフェン形成過程と同様であることが判明した。また、グラフェン化処理前後のC1s内殻光電子スぺクトルでは、グラフェン化処理後にsp混成軌道に起因するピークが出現し、SiCバルクピークが減少した。したがって、Si(111)基板上でのグラフェンオンシリコン形成過程でも、6H-SiC(0001)バルク基板上グラフェン形成過程と同様のSiC(11)(バルク状態)からgraphene(11)(グラフェン状態)への変化が生じていることが明らかになった。

In this study, a graphene-on-silicon process was observed by LEED and XPS to make clear mechanisms. LEED patterns of SiC(11) and Si(RT3RT3)R30 were observed on the 3C-SiC(111) surface formed on the Si(111) surface. After the thermal annealing process at 1523 K for 30 min, a LEED pattern of graphene(11) was also observed. The graphene(11) pattern was tilted to the SiC(11) pattern by 30 deg as expected. The graphene formation process of 3C-SiC(111) on the Si(111) is the same as that of a 6H-SiC(0001) substrate. Comparing a C1s photoemission peak before and after the annealling process, a Cis peak corresponding to an sp hybrid orbital appeared and a peak due to SiC bulk decreased. These facts reveal that a surface state transformation from SiC(11)(bulk state) to graphene(11)(graphene state) takes place even in the graphene-on-silicon process on Si(111) surface as well as the graphene formation process on the 6H-SiC(0001) substrate.