Structure of quasi-free-standing graphene on the SiC (0001) surface prepared by the rapid cooling method

急冷法により作製したSiC(0001)表面上の半自立グラフェンの構造

角 達也*; 永井 和樹*; Bao, J.*; 寺澤 知潮   ; 乗松 航*; 楠 美智子*; 若林 裕助*

Sumi, Tatsuya*; Nagai, Kazuki*; Bao, J.*; Terasawa, Tomoo; Norimatsu, Wataru*; Kusunoki, Michiko*; Wakabayashi, Yusuke*

SiC(0001)表面上のエピタキシャルグラフェン試料の系統的な構造研究を、非接触手法である表面X線回折法によって行った。バッファ層のみ、1層グラフェン、多層グラフェンの試料では、バッファ層と表面Si原子間の距離は0.23nmであった。急速冷却法で作製した半自立グラフェン試料では、バッファ層は存在せず、半自立グラフェンと表面Si原子との間の距離は0.35nmであった。これは、水素インターカレートグラフェンの値よりもかなり短く、グラファイトの面間距離よりもわずかに長い。Si占有率はSiC表面から1nm以内では単一ではなく、Si原子の抜けが示唆された。Si占有率の深さプロファイルは試料依存性がほとんどなく、Si原子のランダムなホッピングに基づく単純な原子論モデルによって再現された。

A systematic structural study of epitaxial graphene samples on the SiC (0001) surface has been performed by the surface X-ray diffraction method, which is a non-contact technique. For samples with only a buffer layer, one layer graphene, and multilayer graphene, the distances between the buffer layer and the surface Si atoms were found to be 0.23 nm. This value is the same as reported values. For quasi-free-standing graphene samples prepared by the rapid cooling method, there was no buffer layer and the distance between the quasi-free-standing graphene and the surface Si atoms was 0.35 nm, which is significantly shorter than the value in hydrogen-intercalated graphene and slightly longer than the interplane distance in graphite. The Si occupancy deviated from unity within 1 nm of the SiC surface. The depth profile of the Si occupancy showed little sample dependence, and it was reproduced by a simple atomistic model based on random hopping of Si atoms.