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リアルタイム光電子分光によるグラフェン・オン・ダイヤモンド形成過程の観察

Observation of graphene-on-diamond formation studied by real-time photoelectron spectroscopy

小川 修一*; 山田 貴壽*; 石塚 眞治*; 渡辺 大輝*; 吉越 章隆; 長谷川 雅考*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

Ogawa, Shuichi*; Yamada, Takatoshi*; Ishizuka, Shinji*; Watanabe, Daiki*; Yoshigoe, Akitaka; Hasegawa, Masataka*; Teraoka, Yuden; Takakuwa, Yuji*

絶縁膜上グラフェンの形成は次世代カーボントランジスタ作製に不可欠である。グラフェンの下地絶縁膜として、バンドギャップや絶縁破壊電圧がSiCよりも大きいダイヤモンドが注目されているが、非破壊でダイヤモンド表面のグラフェン形成を評価することが難しいため、ダイヤモンド表面におけるグラフェン形成過程は未だ明らかになっていない。そこで本研究ではバンドベンディングによる光電子スペクトルのシフトに着目し、グラフェン形成過程を調べた。その結果、ダイヤモンドC(111)表面のグラファイト化は約1120K以上で進行することがわかった。この温度はSiC(0001)表面におけるグラフェン形成温度よりも低温である。また、グラフェン/ダイヤモンド界面には遷移層が存在することが確認された。

Graphene-on-insulator structures are required for fabrication of the graphene transistor. Diamond has been attracted as the substrate for graphene growth because it has a larger band gap and break down voltage compared with SiC. The detail of graphitization on a diamond surface has not been clarified yet because the nondestructive evaluation for graphene-on-diamond (GOD) structure was hard. In this study, we have developed an evaluation method of GOD based on the photoemission spectroscopy using synchrotron radiation focusing the shift of photoelectron spectra due to band bending. We can clearly determine the graphitization temperature on the diamond C(111) surface as approximately 1120 K, which is lower than that on an SiC substrate. It is also confirmed from C 1s photoelectron spectra, there is the buffer layer at the interface between the grapheme layer and the diamond substrate.

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