Orientation-mediated control of interfacial structure in epitaxial graphene on silicon substrates

シリコン基板上でのグラフェンエピタキシャル成長における界面構造の基板面方位による制御

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

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

Si基板上でのSiC薄膜の形成とその後の加熱によって最表面層はグラフェン化する(グラフェン=オン=シリコン;GOS)。通常はSi(111), (110), (100)基板上に3C-SiC(111), (110), (100)層が形成される。3C-SiC(111)ばかりでなく3C-SiC(100)と(110)でもエピタキシャルグラフェン層が形成された。ラマンスペクトルでは三つの面方位で同じバンドが観測され、放射光光電子分光によるC1s光電子スペクトルではsp炭素が存在することがわかった。SiC(100)と(110)では界面層は存在しないが、SiC(111)ではグラフェンとSiC(111)の間に界面層が存在する。以上のように三つの低指数面のSiC上でグラフェンが成長することは、ポストSiデバイス開発におけるGOS技術の有用性を示すことになった。

Formation of SiC thin layers on Si substrates followed by annealing converts the top surface into graphene (graphene on silicon;GOS). Normally, 3C-SiC(111), (110) and (100)-oriented layers are grown on Si(111), (110) and (100) substrates, respectively. Not only 3C-SiC(111) but also 3C-SiC(100) and (110) surfaces, epitaxial graphene layers were produced. The Raman spectra showed the same bands for the three orientations. Synchrotron-radiation X-ray photoelectron spectrum of C1s presented sp carbon atoms for the three orientations. While no interfacial layers are formed on the SiC(100) and SiC(110), the interfacial layer does exist between the graphene and the SiC(111) film. The observation of the equally successful growth of graphene on these low-index SiC surfaces makes the GOS technology aviable in the post-Si device developments.