グラフェン・オン・シリコン形成過程の放射光光電子分光評価

SR-PES study on the formation of epitaxial graphene on Si substrates

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

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

現在最も工業的と考えられるグラフェン形成法は、SiC基板表面を真空加熱することでSiを昇華させ、基板表面にグラフェンを形成するエピタキシャルグラフェン法である。しかし、同法には大口径で安価なSiCバルク基板の入手が困難という大きな欠点がある。このような背景の下、われわれはSi基板上に高品質3C-SiC極薄膜(80-100nm)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ってSi基板上に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;GOS)。本研究ではGOS形成過程の解明を念頭に、低エネルギー電子回折(LEED)、及び、X線光電子分光法(XPS)による表面構造観察を行った。その結果、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。

The up-to-date industrial fabrication method of graphene is a epitaxial graphene method, in which graphene layers are formed on the SiC substrate after thermal annealing in the vacuum condition. This method, however, has a large disadvantage, that is, an SiC bulk substrate with a large size diameter is not available with low prices. We have succeeded to make graphene on the Si substrate by thermal annealing of a 3C-SiC ultra-thin layer (80-100 nm) formed epitaxially on the Si substrate in the vacuum conditions (Graphene-On-Silicon;GOS). In this study, in order to make clear mechanisms of the GOS formation processes, low energy electron diffraction (LEED) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS) have been applied to observe surface structures. Consequently, graphene formation processes from the 3C-SiC(111) layer on the Si(111) substrate has been found to be same as those on the 6H-SiC(0001) substrate.