具有SiC缓冲层的Si衬底上直接沉积碳原子生长石墨烯.pdf

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1、物理化学学~E(WuliHuaxueXuebaoDecemberActaP．一im．Sin．2011，27(12)，2953-29592953[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB20112953www．whxb．pku．edu．cn具有SiC缓冲层的Si衬底上直接沉积碳原子生长石墨烯唐军康朝阳李利民’徐彭寿(中国科学技术大学国家同步辐射实验室，合肥230029；合肥彩虹蓝光有限公司，合肥230011)摘要：石墨烯是近年发现的一种新型多功能材料．在合适的衬底上制备石墨烯成为目

2、前材料制各的一大挑战．本文利用分子束外延(MBE)设备，在Si衬底上生长高质量的SiC缓冲层，然后利用直接沉积C原子的方法生长石墨烯，并通过反射式高能电子衍射(RHEED)、拉曼(Raman)光谱和近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等实验技术对不同衬底温度(800、900、1000、1100。C)生长的薄膜进行结构表征．实验结果表明，在以上衬底温度下都能生长出具有乱层堆垛结构的石墨烯薄膜．当衬底温度升高时，碳原子的活性增强，其成键的能力也增大，从而使形成的石墨烯结晶质量提高．衬底温度为10

3、00。C时结晶质量最好．其原因可能是当衬底温度较低时，碳原子活性太低不足以形成有序的六方C．Sp环．但过高的衬底温度会使SiC缓冲层的孔洞缺陷增加，衬底的Si原子有可能获得足够的能量穿过SiC薄膜的孔洞扩散到衬底表面，与沉积的碳原子反应生成无序的SiC，这一方面会减弱石墨烯的生长，另～方面也会使石墨烯的结晶质量变差．关键词：石墨烯：分子束外延：Si衬底：碳化硅：同步辐射中图分类号：O641；0472；059；0782DirectGrapheneGrowthbyDepositingCarbonAt

4、omsonSiSubstrateCoveredbySiCBuferLayersTANGJun’，KANGChao-YangLILi—MinXUPeng—Shou，rNationalSynchrotronRadiationLaboratory,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei23002~R．China；2HefeiIRICOEpilightTechnologyCo．，Ltd．，Hefei230011，PR．China)Abstract：Gr

5、apheneiSanewlydiscoveredmaterialwithmanyfunctions．ThepreparationofgrapheneonsuitablesubstratesiSachallengeinthematerialpreparationfield．Inthispaper．graphenethin矧msweregrownonSisubstratescoveredwithSiCbuferIayers(SiC／Si)bythedirectdepositionofcarbonat

6、omsusingmolecularbeamepitaxy(MBE)equipment．Thestructuralpropertiesofthesamplesproducedatdiferentsubstratetemperatures(800，900，1000，1100。C)wereinvestigatedbyreflectionhighenergyelectrondiffraction(RHEED)，Ramanspectroscopyandnear-edgeX—rayabsorptionfin

7、estructurefNEXAFS)．Theresultsindicatethatthethinf¨msgrownatalIlemperaturesexhibitthecharaclerislics0fgraphenewithaturbostraticstackingstructure．Asthesubstratetemperatureincreasesthecrystallinequalityofthegrapheneimproves．However，averyhightemperatured

8、ecreasesthequalityofgraphene．ThebestgraphenefilmswereobtainedaIasubstratetemperatureof1000。C．ThisiSduetolhelOWsubstratetemperatureresultingjnatoolOWcarbonatomactivityfortheformationofanorderedsix．memberringofC-sp．Whenthesubstratetemperaturewastoohigh