Electronic and chemical states changes during formation of graphene on diamond C(111) substrates measured by XPS

ダイヤモンド(111)上に形成中のグラフェン電子状態および化学状態変化のXPS測定

小川 修一*; 山田 貴壽*; 石塚 眞治*; 吉越 章隆 ; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

Ogawa, Shuichi*; Yamada, Takatoshi*; Ishizuka, Shinji*; Yoshigoe, Akitaka; Teraoka, Yuden; Takakuwa, Yuji*

水素終端されたダイヤモンド(111)表面の真空アニール中の価電子帯およびC1s内殻準位スペクトルを通じて電子状態変化とそれに関連する化学状態を明らかにするために、放射光リアルタイム光電子分光を用いた。温度上昇に伴うバンド曲がりに由来する低結合エネルギー側への価電子バンドスペクトルのシフトと1097Cでhorn状のピークを観測した。角度分解測定から、これらのピークが表面敏感条件で観察できることが分かった。加えて、sp3ピークシフトにもかかわらず、これらのピークの位置が温度現象によって変化しないことが分かった。それゆえ、horn状のピークは、ダイヤモンド上のグラフェン形成を示唆するダイヤモンド表面の伝導性層に由来すると結論した。さらに、ダイヤモンド上のグラフェンシートが1097Cで形成される、つまりグラフェン化とグラファイト生成温度に違いがあることが分かった。

In order to clarify the changes of electronic states and relation between it and chemical states, real-time photoemission spectroscopy using synchrotron radiation was employed for investigation of the valence band and C 1s core level spectra during vacuum annealing process of the Hydrogen-terminated diamond C(111) surface. The valence band spectra shift toward low-binding energy side due to the band bending with increasing temperature, and the horn-like peaks appear at 1097C. From the angle resolved measurement, these peaks can be observed in surface sensitive condition. In addition, the position of these peaks does not change by decreasing temperature in spite of peak shift of sp3 peak. Therefore, it is concluded that the horn-like peaks are derived from a conductive layer formed on the diamond surfaces, indicating the formation of GOD structure. In addition, it is found that graphite sheet on diamond is formed from 1097C annealing, indicating there are temperature difference between start of graphitization and graphite formation.