Selective epitaxial growth of graphene on SiC
我们提出了一种创新的方法，选择性外延生长的几层石墨烯（FLG）上的预图案化的SiC衬底。该方法涉及，连续，溅射的AlN薄层上的单晶SiC衬底，然后，图案化它与电子束光刻（EBL）和湿法蚀刻。来自SiC衬底的Si的几个原子层的升华仅通过选择性蚀刻的AlN层发生。在无AlN区域中~1582 cm-1处的拉曼G带的存在被用来验证这一概念，它给出了选择性FLG生长的绝对证据。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen assisted growth of high quality epitaxial graphene on the C-face of 4H-SiC
我们展示了氢辅助生长的高质量的外延石墨烯的C面的4 H-SiC。与传统的热分解技术相比，该方法的生长畴的尺寸显著增加，厚度变化减小。基于外延石墨烯的形貌，揭示了氢的作用。据发现，氢作为碳蚀刻剂。它抑制了石墨烯的缺陷形成和成核。它还通过烃类物质改善碳原子的动力学。这些效应导致畴尺寸的增加和结构质量的提高。随之而来的覆盖效应导致光滑的表面形态和多层生长的抑制。我们的方法提供了一个可行的路线，微调SiC上的外延石墨烯的生长动力学。
2014-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Wafer bonding solution to epitaxial graphene - silicon integration
石墨烯电子学的发展需要石墨烯器件与Si-CMOS技术的集成。大多数策略涉及将石墨烯片转移到硅上，具有清洁转移和随后的石墨烯纳米图案化的固有困难，这大大降低了纳米图案化的石墨烯的电子迁移率。相比之下，外延石墨烯（EG）生长在基本上完美的结晶（半绝缘）表面上，并且具有特殊性质的石墨烯纳米结构已经通过在定制的SiC表面上的选择性生长过程实现，其不需要石墨烯图案化。然而，这种结构化生长工艺所需的温度对于硅技术来说太高。在这里，我们展示了一种新的石墨烯到Si集成策略，具有键合和互连的紧凑双晶片结构。使用绝缘体上硅技术（SOI），将准备用于CMOS处理的薄单晶硅层施加在SiC上的外延石墨烯的顶部上。平行的Si和石墨烯平台通过金属通孔互连。这种方法受到3D超集成堆叠薄膜电子器件工业发展的启发，保留了外延石墨烯的优势，并实现了全方位的CMOS加工。
2013-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Nano selective area growth of GaN by MOVPE on 4H-SiC using epitaxial graphene as a mask: towards integrated III-nitride / graphene / SiC electronics and optoelectronics
我们报告的高品质的三角形GAN纳米台面的生长，30 nm厚，在4 H-SiC的C-面使用纳米选择性区域生长（NSAG）与图案化的外延生长在SiC上的石墨烯作为嵌入式掩模。NSAG解决了氮化物异质外延生长中的缺陷晶体问题，高迁移率石墨烯薄膜可以很容易地在GaN基光电子器件中提供背面低耗散电极。该方法包括首先通过碳化硅的约束控制升华在4 H-SiC的C面上生长5-8个石墨烯层的膜。然后将石墨烯膜图案化，并在石墨烯中蚀刻75纳米宽的开口阵列，露出SiC衬底。随后通过金属有机气相外延生长30纳米厚的GAN。GAN纳米台面在SiC上以完美的选择性外延生长，在通过石墨烯图案化的开口中，在石墨烯上没有成核。在SiC上的台面的向上或向下的取向，它们的三角形刻面，和横截面扫描透射电子显微镜显示，它们是双相的。核心是闪锌矿单晶，周围环绕着单晶六方纤锌矿。GAN晶体纳米台面没有穿线位错，也没有显示任何V-坑。该NSAG工艺潜在地导致高质量III族氮化物在晶片可扩展外延石墨烯/碳化硅平台上的集成。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Evolution in Surface Morphology of Epitaxial Graphene Layers on SiC Induced by Controlled Structural Strain
利用电子沟道衬度成像技术研究了外延石墨烯薄膜和6 H-SiC（0001）衬底表面形貌的演化。而薄膜厚度仅由生长温度决定，在恒定温度下增加生长时间会影响内应力和薄膜形态。超过8-10分钟的退火时间导致石墨烯膜被钉扎到的SiC台阶边缘的均方粗糙度增加，导致在室温下的压缩应力膜。较短的退火时间产生的梯田边缘的形态变化最小，并导致在冷却到室温后几乎无应力的膜。
2008-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Atlas of 2D metals epitaxial to SiC: filling-controlled gapping conditions and alloying rules
空气稳定的2D金属外延到SiC并被石墨烯覆盖的实现创建了2D金属和合金的潜在巨大化学空间，其可以扩展2D金属特有的固态激发的种类，超出石墨烯和铌/钽硫属化物的已知种类。我们从第一性原理预测周期表中所有金属插入石墨烯/SiC时的结构和稳定性进行高通量计算调查。我们的结果不仅与迄今为止探索的所有实验已知的金属/SiC结构一致，而且还揭示了与金属内聚能和金属-硅键合相关的明显趋势。对于特殊的金属组，一个小的带隙打开，依赖于适当的电子填充和衬底诱导的对称性破缺。从这种间隙稳定，我们得到独特的合金规则的二维金属。
2020-11-03 cond-mat.mtrl-sci
A breakthrough toward wafer-size epitaxial graphene transfer
在任何期望的衬底上形成石墨烯对于在超越CMOS时代的所有技术应用中用石墨烯成功取代Si是极其必要的。最近，我们观察到，通过电子束蒸发在外延石墨烯上形成的Ti层具有与外延石墨烯的表面足够大的接触面积，用于发生剥离过程。我们还观察到，剥离的FLG上的Ti层可以很容易地转移到SiO2/Si衬底上。在本文中，我们提出了一种新的技术转移石墨烯具有几个平方毫米的大面积从石墨化的SiC衬底的邻位。拉曼散射光谱和低能电子显微镜分析表明，我们可以通过所提出的转移过程将单层和双层石墨烯转移到SiO2/Si衬底上。在SiC衬底上形成的外延石墨烯的初始尺寸是新转移工艺的唯一限制。转移过程有望成为一项极其重要的技术，标志着石墨烯电子领域新时代的开始。
2010-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Doping of epitaxial graphene on SiC intercalated with hydrogen and its magneto-oscillations
我们研究了由氢嵌入产生的准自由单层石墨烯与表面受体态之间的电荷转移。我们考虑了两种受主态密度模型来解释石墨烯中观察到的高空穴密度，并发现了对栅极电压的密度响应。通过研究载流子密度的磁振荡，我们提供了一种实验方法来确定相关的模型。
2011-07-24 cond-mat.mtrl-sci
CO2 Laser-Induced Growth of Epitaxial Graphene on 6H-SiC(0001)
SiC表面的热分解可能提供了在电子平台中有用的材料上外延生长石墨烯的最有前途的方法。目前，努力集中在用于大面积、低应变外延石墨烯的生长的可靠方法上，这仍然缺乏。本文报道了一种利用红外CO2激光（10.6 μm）作为加热源，在SiC（0001）表面快速、单步外延生长大面积均匀石墨烯薄膜的新方法。除了能够实现可以控制外延石墨烯的堆叠顺序的极端加热和冷却速率之外，该方法是成本有效的，因为它不需要SiC预处理和/或高真空，它在低温下操作并在第二时间尺度中进行，从而为EG制造提供绿色解决方案，并通过聚焦激光束在SiC上设计石墨烯图案。通过扫描电子显微镜和X射线光电子、二次离子质谱和拉曼光谱证明了均匀、低应变的石墨烯膜。考虑到CO2激光诱导的石墨烯生长的高速率和缺乏严格的样品环境条件，本文所述方法的工业水平的可扩展性似乎是现实的。
2012-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Contribution of the buffer layer to the Raman spectrum of epitaxial graphene on SiC(0001)
我们报告了一个拉曼光谱研究的所谓的缓冲层与$(6\sqrt3\times6\sqrt3)R30^{\circ}$周期性，形成外延石墨烯和SiC（0001）之间的本征界面结构。我们表明，这种界面结构导致在拉曼光谱中的D-和G-带的范围内的频率的石墨烯，并讨论其形状和强度的非零信号。从头算声子计算表明，这些功能可以归因于缓冲层的振动态密度。
2012-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Correlating Raman Spectral Signatures with Carrier Mobility in Epitaxial Graphene: A Guide to Achieving High Mobility on the Wafer Scale
我们报告了碳化硅（SiC）上生长的外延石墨烯（EG）的载流子迁移率和拉曼形貌之间的直接相关性。我们发现，在SiC [SiC（0001）]的Si面上的材料的霍尔迁移率不仅高度依赖于厚度均匀性，而且单层应变均匀性。只有当厚度和应变在器件有效面积的很大一部分（> 40%）上均匀时，迁移率才超过1000 cm 2/V-s。此外，我们在SiC [SiC（000-1）]的C面上实现了高迁移率外延石墨烯（室温下为18，100 cm 2/V-s），并表明载流子迁移率强烈依赖于石墨烯层堆叠。这些发现提供了一种快速估计载流子迁移率的方法，并为在外延石墨烯中实现非常高的迁移率提供了指导。我们的研究结果表明，超高迁移率（> 50，000 cm 2/V-s）是通过均匀的旋转故障外延石墨烯的受控形成来实现的。
2009-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphene Growth on SiC Wafers
利用化学气相沉积反应器在4 H-SiC和6 H-SiC衬底上制备了外延石墨烯（EG）。描述了生长条件与EG的形貌和电性能的相关性。EG在Si面样品上的拉曼光谱主要受单层厚度的影响。该方法用于在50 mm SiC晶片上生长EG，该晶片随后被制造成具有14 GHz的fmax的场效应晶体管。
2009-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The interface structure of epitaxial graphene grown on 4H-SiC(0001)
我们提出了一个结构分析的石墨烯-4 HSiC（0001）界面使用表面X射线反射率。我们发现，界面是由两个SiC双层的扩展重建。直接在第一石墨烯片下方的界面是延伸层，其厚度是体SiC双层的两倍以上（~1.7A与0.63A相比）。从该界面层到第一石墨烯片的距离远小于石墨层间间距，但大于对（000-1）表面上生长的石墨烯测量的相同距离，如先前通过从头计算预测的。
2008-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Single-crystal hexagonal boron nitride monolayer epitaxially grown on Cu (111) thin film across a wafer
我们展示了在高对称指数表面平面Cu（111）上生长的晶片级六方氮化硼（hBN）单晶，其是绝缘原子薄单层。通过密度泛函理论计算证实，Cu（111）与B6N7团簇对接的A阶边和B阶边的结合能差约为0.23 eV，保证了单向外延生长.
2021-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale epitaxial growth of single orientation WS2 monolayers on sapphire
过渡金属二硫属化物（TMD）如硫化钨的晶片级单晶膜的实现需要取向畴的外延生长和聚结以形成连续单层。畴必须在衬底上以相同的晶体学方向取向，以避免形成金属反型畴边界（IDB），这是层状硫属化物的共同特征。在这里，我们展示了完全合并的单一取向硫化钨单层2英寸直径的c-平面蓝宝石金属有机化学气相沉积使用多步生长过程。需要高生长温度和硫/金属比，以减少域的取向差，并实现低面内旋转扭曲（0.09度）的外延硫化钨单层。透射电子显微镜分析表明，硫化钨单层缺乏IDBs，而是有平移边界时产生的硫化钨域与轻微偏移晶格合并在一起。通过调节单层生长速率，平移边界的密度和双层覆盖率显着降低。畴的择优取向归因于蓝宝石表面上台阶的存在，再加上生长条件促进表面扩散和定向附着。转移的硫化钨单层显示中性和带电激子发射在80 K与可忽略不计的缺陷相关的发光。背栅钨硫化物场效应晶体管表现出的迁移率为16平方厘米/Vs。结果表明，实现晶圆级TMD单层无反转域的性能接近剥离的薄片的潜力。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of structural strain in epitaxial graphene layers on 6H-SiC(0001)
利用俄歇电子能谱（AES）和去偏振拉曼光谱（Raman）研究了在Si端6 H-SiC（0001）上外延生长石墨烯层的早期阶段。散射光的去偏振分量的选择导致C-C键信号相对于二阶SiC拉曼信号显著增加，这允许分辨亚单层生长，包括对于$\sim$ 3的AES C/Si比的类金刚石碳基质中的单个局部C=C二聚体，以及具有离域电子和狄拉克单带色散的应变石墨烯层，AES C/Si比为$>$ 6。发现在室温下测量的线性应变是压缩的，这可以归因于石墨烯和SiC的热膨胀系数之间的大差异。在固定的退火温度下，可以通过调节生长时间来改变压缩应变的大小。
2008-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphene on Silicon toward Graphene-Silicon Fusion Electronics
石墨烯是一个有希望的竞争者，以接替硅在电子领域的宝座。为了实现这一目标，应该开发石墨烯在衬底上的大规模外延生长。在沿着这条线的各种方法中，通过表面层的热分解在SiC衬底上外延生长石墨烯已经证明其在质量和工艺可靠性方面都非常令人满意。通过调整石墨烯/SiC界面结构，甚至可以调制石墨烯的结构性质和电子性质。然而，这种SiC上石墨烯技术的挑战是放弃成熟的Si技术和SiC块状晶体的高生产成本。在这里，我们证明了在硅衬底上形成的外延石墨烯是可能的，通过石墨化外延SiC薄膜形成在硅衬底上。这种硅基石墨烯（GOS）方法使我们能够在Si衬底上形成大面积有序sp2碳网络薄膜，并基于该结构制造电子器件。
2010-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectroscopy of epitaxial graphene on a SiC substrate
通过退火在SiC衬底上制备外延石墨烯（EG），可以加快石墨烯在未来电子器件中的应用，因此引起了人们的广泛兴趣。EG和SiC衬底的相互作用对其电子和物理性质至关重要。本文利用拉曼光谱研究了EG的结构及其与SiC衬底的相互作用。结果表明，EG的拉曼谱带均发生了明显的蓝移，这是由于基底诱导的压应变引起的。构建了一个包含碳纳米网上石墨烯的13 × 13蜂窝晶格单元的模型来解释应变的起源。石墨烯层和衬底之间的晶格失配导致石墨烯上的压应力为2.27 GPa。我们还表明，在Si和C终止SiC衬底上生长的EG的电子结构是完全不同的。我们的实验结果揭示了石墨烯和SiC衬底之间的相互作用，这对EG的未来应用至关重要。
2008-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic correlation between chemical and electronic states in epitaxial graphene on SiC(000-1)
我们提出了能量过滤电子发射光谱与空间和波矢分辨率的SiC$（000-1）上的几层外延石墨烯炉退火生长。低能电子显微镜显示，超过80%的样品被2-3个石墨烯层覆盖。C1 s光谱显微镜提供了石墨烯厚度分布图的独立测量。通过光电子发射显微镜（PEEM）测量的功函数根据石墨烯厚度和石墨烯-SiC界面化学状态在整个表面上从4.34到4.50eV变化。至少两种SiC表面化学状态（即，两种不同的SiC表面结构）存在于石墨烯/SiC界面处。在每个石墨烯/SiC界面处发生电荷转移。K-空间PEEM给出了k_||微米级区域中的π-π * 带色散表明狄拉克点作为石墨烯厚度的函数而移位。观察到了狄拉克锥通过旋转石墨烯片形成的超晶格的布拉格衍射。这些实验强调了横向和光谱分辨率对未来电子设备规模的重要性，以便精确地表征传输特性和能带对准。
2011-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Comeback of epitaxial graphene for electronics: large-area growth of bilayer-free graphene on SiC
我们提出了一种在SiC上外延石墨烯的新制造方法，该方法能够以前所未有的再现性生长超光滑无缺陷和无双层的石墨烯片，这是高质量石墨烯基电子器件的晶圆级制造的必要先决条件。在高温升华生长期间固有但不利的高SiC表面台阶的形成通过稳定SiC表面的石墨烯缓冲层的快速形成而被抑制。增强的成核作用是通过分解作为碳源的聚合物吸附物来实现的。在大多数步骤远低于0.75 nm的情况下，形成了没有双层夹杂物的纯单层石墨烯，其横向尺寸仅受衬底尺寸的限制。这使得聚合物辅助升华生长技术成为商业晶片规模外延石墨烯制造的最有前途的方法。非凡的电子质量证明了量子电阻计量在4.2 K，迄今为止尚未达到的精度和高电子迁移率的毫米级设备。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Al/GaAs/Al tri-layers fabricated using a novel wafer-bonding technique
采用晶片键合技术制备了具有可控厚度的高质量GaAs和原始界面的外延Al/GaAs/Al结构。III-V族半导体/Al结构通过分子束外延生长在III-V族半导体衬底上并键合到硅和蓝宝石。选择性蚀刻用于去除III-V族衬底，然后进行表面清洁和超导体再生长，从而在蓝宝石或硅衬底上形成外延Al/GaAs/Al三层。用反射高能电子衍射、原子力显微镜、X射线光电子能谱学、透射电子显微镜和X射线衍射表征了结构。讨论了这些结构在量子信息处理领域中的应用。
2020-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Semi-insulating 4H-SiC lateral bulk acoustic wave resonators
碳化硅（SiC）具有优异的力学性能，在微机电系统（MEMS）中得到了广泛的研究。最近，4H-SiC色心的机械调谐已经被证明，拓宽了其在量子自旋电子学中的应用。在机械谐振器中产生的应变可用于操纵色心量子位的量子态。本文报道了一种用半绝缘体4H-SiC晶片制作的横向泛音机械谐振器。一个氮化铝（AlN）的SiC压电换能器被用来驱动谐振。该谐振器显示出一系列的模式与品质因数（Q）超过3000。在300 MHz的谐振频率下，声反射器的Q值提高了22%，并抑制了泛音模式。这种单片SiC谐振器允许从晶片的两侧对SiC色心进行光学访问，从而方便了量子测量的设置。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-high strain in epitaxial silicon carbide nanostructures utilizing residual stress amplification
应变工程已经引起了极大的关注，特别是对于在不同衬底上生长的外延膜。SiC的残余应变已被广泛用于形成超高频和高Q因子谐振器。然而，迄今为止，据报道SiC的最高残余应变被限制在约0.6%。SiC中引入的大应变可以导致一些有趣的物理现象，以及谐振频率的显着提高。我们报道了一种前所未有的纳米应变放大器结构，利用外延3C SiC和Si之间的自然残余应力，具有高达8%的超高残余应变。此外，可以通过改变放大器结构的尺寸来调谐所施加的应变。引入这种可控的超高应变的可能性将为研究SiC在大应变范围内的物理特性以及开发超灵敏的机械传感器打开大门。
2017-01-05 cond-mat.mtrl-sci
High purity semi-insulating 4H-SiC epitaxial layers by Defect-Competition Epitaxy
在Si面4 H-SiC上，通过保持较高的C/Si比（1.3-15），系统地生长了厚的、高纯度的半绝缘（SI）同质外延层，其电阻率为\geq 109Ω·cm，C/Si比<1.3时生长的低掺杂外延层与C/Si比>1.3时生长的SI外延层的二次离子质谱比较表明，二者的残留杂质浓度差别不大。杂质浓度与测量电阻率的调和表明，补偿陷阱浓度约为1015 cm-3，只存在于硅外延层。高分辨率光诱导瞬态谱（HRPITS）鉴定为Si空位相关的深中心，没有检测到EH 6/7和Z 1/2能级。寿命约为5 ns，建议在快速开关功率器件中应用。
2011-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Surfactant-Mediated Epitaxial Growth of Single-Layer Graphene in an Unconventional Orientation on SiC
我们报告了在SiC（0001）上外延石墨烯的过程中使用表面活性剂分子，其导致在非常规取向上的生长，即相对于SiC晶格的$R0^\circ$旋转。它在晶片级上产生相对于衬底具有均匀取向的非常高质量的单层石墨烯。我们发现一个增加的质量和同质性相比，基于使用的预定向模板，以诱导非常规的方向的方法。使用斑点轮廓分析低能电子衍射、角分辨光电子能谱学和垂直入射X射线驻波技术，我们评估石墨烯层的结晶质量和覆盖率。结合下面常规取向的共价结合石墨烯层的存在，我们的表面活性剂介导的生长提供了一个理想的平台，通过插层制备外延扭曲双层石墨烯。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Growth mechanism for epitaxial graphene on vicinal 6H-SiC(0001) surfaces
众所周知，无法在SiC（0001）上生长具有特定层数的大的良好有序的石墨烯。生长涉及几个竞争过程（Si解吸、碳扩散、岛形核等），并且由于高温，还不可能确定生长机制。使用扫描隧道显微镜和最初的邻位6 H-SiC（0001）样品，我们确定了导致双层石墨烯形成的微观过程的顺序。相邻的台阶以不同的速度缩回，当较高速度的台阶赶上较慢移动的台阶时，释放的碳产生特征性的“指状物”。这些工艺基于来自步骤的不同的Si解吸速率，并且如果使用更快的加热速率则可以避免。我们还表明，更快的速率导致单层石墨烯膜延伸超过许多微米。
2008-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Si Intercalation Beneath Epitaxial Graphene: Modulating Mott States at the SiC(0001) Interface
本研究通过三种制备方法实现SiC(0001)上外延石墨烯的Si插层，发现界面悬挂键态因在位排斥发生Mott-Hubbard金属-绝缘体转变，证实石墨烯传导电子对在位排斥的屏蔽作用，为带隙可调莫特绝缘体研究提供模板。
2025-06-09 cond-mat.mtrl-sci
High growth rate 4H-SiC epitaxial growth using dichlorosilane in a hot-wall CVD reactor
在垂直热壁化学气相沉积系统中，在（0001）80离轴衬底上以高速生长了厚的、高质量的4 H-SiC外延层。我们讨论了使用二氯硅烷作为Si-前体4 H-SiC外延生长，因为它提供了最直接的分解途径到SiCl 2，这是氯化化学中的主要生长物种。通过限制氢蚀刻速率直到系统在期望的生长温度下平衡来获得镜面表面形态。生长膜的RMS粗糙度范围为0.5-2.0 nm，具有非常少的形态缺陷（胡萝卜、三角形缺陷等）。同时能够实现30-100 \mum /hr的生长速率，比大多数常规生长高5-15倍。在很宽的C/Si比范围内观察到位置竞争外延，记录的掺杂浓度<1 × 1014 cm-3。X-射线摇摆曲线表明，外延层的结晶度高，与观察到的线宽为7.8 arcsec窄，而微波光电导衰减（\muPCD）测量表明，这些薄膜具有高注入（双极）载流子寿命在2 \mus的范围内。
2010-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectra of epitaxial graphene on SiC and of epitaxial graphene transferred to SiO2
拉曼光谱测量的单，双和三层石墨烯生长在SiC上的固态石墨化，其中的层数是预先指定的角度分辨紫外光电子能谱。发现拉曼光谱中识别SiC（0001）上石墨烯的层数的唯一明确指纹是2D（或D*）峰的线宽。外延石墨烯的拉曼光谱显示出显着的差异相比，从高度取向的热解石墨晶体获得的微机械裂解的石墨烯。G峰发生蓝移。2D峰没有表现出任何明显的肩部结构，但它要宽得多，甚至对于多层膜也几乎类似于单峰。将外延石墨烯薄片从SiC转移到SiO2上用于进一步的拉曼研究。将SiC上的石墨烯获得的拉曼数据与转移到SiO2上的外延石墨烯的数据进行比较，揭示了G峰蓝移显然是由于SiC衬底。然而，加宽的2D峰源于石墨烯结构本身而不是衬底。
2008-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphenes on Silicon Carbide
综述了在SiC晶体六方基面上外延生长石墨烯的材料科学研究进展。结果表明，在Si端SiC（0001）表面上外延生长的石墨烯与在C端SiC（000 - 1）表面上外延生长的石墨烯有很大的不同，并讨论了这些石墨烯的物理结构。描述了每种类型的外延石墨烯的独特的电子结构和输运性质，以及外延石墨烯器件的发展进展。这种材料系统具有丰富的微妙之处，并且在两个极性面上生长的石墨烯在重要方面有所不同，但是在这些外延石墨烯中发现了理想石墨烯的所有显着特征，并且已经实现了多GHz器件的晶圆级制造。
2010-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Study of epitaxial graphene on non-polar 6H-SiC faces
我们提出了外延石墨烯（EG）生长在非极性的a-平面和m-平面6 H-SiC的面，材料特性与已知的EG生长在极性面进行比较。原子力显微镜（AFM）的表面形貌表现出纳米晶石墨样功能的非极性面，而极性硅面显示台阶状功能。这种不同的行为归因于在非极性面上缺乏六边形模板。非极性面也表现出更大的无序和所有拉曼峰（D，G和2D）的红移随着温度的升高。这是由于应力随温度升高而降低。这些变化提供了证据，不同的EG生长机制的非极性和极性面，可能是由于表面自由能的差异。我们还介绍了a面EG和m面EG在形貌、厚度和拉曼特性方面的差异
2012-03-01 cond-mat.mtrl-sci
High Thermal Conductivity in Wafer Scale Cubic Silicon Carbide Crystals
高导热电子材料是高性能电子和光子器件的关键组成部分，无论是作为有源功能材料还是热管理材料。我们报告了一个各向同性的高热导率超过500 W m-1 K-1，在室温下，在高品质的晶圆级立方碳化硅（3C-SiC）晶体，这是第二高的大晶体（仅超过金刚石）。此外，发现相应的3C-SiC薄膜具有创纪录的高的面内和跨面热导率，甚至高于具有相同厚度的金刚石薄膜。我们的研究结果解决了一个长期存在的难题，即3C-SiC的热导率的文献值令人困惑地低于结构更复杂的6 H-SiC。进一步的分析表明，在这项工作中观察到的高热导率来自于3C-SiC晶体的高纯度和高晶体质量，这排除了3C-SiC中异常强烈的缺陷-声子散射。此外，通过集成3C-SiC与其他半导体外延生长，我们表明，测得的3C-SiC-Si TBC是最高的半导体接口。这些发现不仅提供了基本的声子输运机制的见解，也表明3C-SiC可能构成一个优秀的宽带隙半导体应用的电力电子作为有源元件或衬底。
2022-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Step-edge instability during epitaxial growth of graphene from SiC(0001)
石墨烯独特的电子性质提供了在微电子向纳米电子发展时取代硅的可能性。在碳化硅上外延生长的石墨烯在这方面是特别有吸引力的，因为SiC本身是有用的半导体，并且通过适当地操纵生长条件，可以产生表现出器件应用所需的理想二维石墨烯的所有传输性质的外延膜。然而，很少或根本不了解实际的生长动力学，这可能是需要为未来的过程控制。作为在这个方向上的一个步骤，我们提出了一个局部的热释放机制来解释手指状结构时观察到的石墨烯生长的SiC（0001）的阶梯流分解。使用一个连续的运动方程的形状演变的移动步骤，线性稳定性分析预测是否一个直线移动步骤的形状扰动生长或衰减作为生长温度的函数，在生长过程中保持的Si的背景压力，和惰性缓冲气体的有效性，以阻止Si原子从晶体表面逃逸。该理论给出了半定量的协议与实验观察到的手指之间的特性分离时，石墨烯生长在低压感应炉或在真空条件下。
2009-07-09 cond-mat.mtrl-sci
High sensitive quasi freestanding epitaxial graphene gassensor on 6H-SiC
我们测量了6 H-SiC衬底上外延石墨烯和准独立外延石墨烯对NO $_2$、N $_2$、NH $_3$和CO的电响应。与外延石墨烯相比，准独立式外延石墨烯显示出NO2灵敏度的6倍增加。两种样品的灵敏度均优于实验限制的1 ppb。准独立式外延石墨烯的灵敏度的强烈增加可以通过接近狄拉克点的费米能量来解释，导致强烈的表面掺杂依赖的样品电阻。两种传感器对N $_2$、NH $_3$和CO的灵敏度可忽略。
2013-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Epitaxial α-Ta (110) film on a-plane sapphire substrate for superconducting qubits on wafer scale
本文研究在a面蓝宝石上外延生长高质量α-Ta (110)薄膜，以替代c面蓝宝石上易形成不良晶粒的Ta，并证明基于该薄膜的Transmon量子比特弛豫时间超过150 μs，为晶圆级长相干时间超导量子比特提供了有前景的方案。
2024-05-07 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Sustainable wafer-scale integration of epitaxial ZnO on silicon for piezoelectric devices
本文提出在最大4英寸硅基α-石英虚拟衬底上用溶液化学法集成外延ZnO微米线薄膜，晶圆级制备压电谐振器，并验证其应变-压电响应关联及柔性转移能力。
2025-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Multilayer epitaxial graphene formed by pyrolysis of polycrystalline silicon-carbide grown on c-plane sapphire substrates
我们使用超高真空化学气相沉积在c平面蓝宝石晶片上生长多晶碳化硅（SiC），然后在真空中在1250和1450°C之间退火以产生外延多层石墨烯（MLG）。尽管多晶SiC的表面粗糙度和小的畴尺寸，但形成了共形MLG膜。通过平面化的SiC之前，石墨烯的生长，拉曼缺陷带的减少被观察到在最终的MLG.The石墨烯上形成的抛光SiC薄膜也表现出显着更有序的逐层生长和增加的载流子迁移率相同的载流子密度作为非抛光样品。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing and Mapping Thermal Boundary Conductance across Bonded Si/SiC Interface
本研究通过室温表面活化键合制备Si-on-SiC晶圆，测得TBC达293 MW/m²K，较先前提高78%，并利用TDTR映射揭示退火前后空间分布差异，强调热管理中需考虑TBC分布。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals heteroepitaxy of air stable quasi-free standing silicene layers on CVD epitaxial graphene/6H-SiC
石墨烯由具有原子级平坦的无悬挂键表面的惰性热稳定材料组成，本质上是用于二维材料如硅烯的范德华异质外延的理想模板层。然而，取决于合成方法和生长参数，石墨烯（Gr）衬底可以在单个样品上表现出各种表面结构、厚度、缺陷和台阶高度。这些结构显著地影响外延层的生长模式，例如将逐层生长转变为缺陷辅助成核促进的Volmer-Weber生长。本文采用原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线光电子能谱学（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）研究了在6 H-SiC（0001）衬底上化学气相沉积外延Gr（1 ML Gr/1 ML Gr缓冲层）上硅的生长。它示出，全尺寸几乎无缺陷的1 ML Gr与单一表面结构和分子束外延（MBE）沉积硅的超清洁条件的完美控制代表确保外延石墨烯上的扩展硅烯片的生长的关键先决条件。
2022-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Three-Fold Diffraction Symmetry in Epitaxial Graphene and the SiC Substrate
利用低能电子衍射（LEED）和低能电子显微镜（LEEM）暗场成像技术研究了SiC衬底上石墨烯薄膜的晶体学对称性和堆叠畴的空间分布。我们发现，从2和3个原子层的石墨烯的石墨烯衍射斑点具有3重对称性与AB（Bernal）堆叠的层一致。相反，来自缓冲层和单层石墨烯的石墨烯衍射斑点具有明显的6重对称性，尽管卫星斑点的3重性质表明石墨烯片中的更复杂的周期性。
2011-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene transistors on SiC substrates
本文描述了使用碳，特别是SiC上的外延石墨烯作为活性物质制造的顶栅晶体管的行为。在过去的十年中，研究已经确定碳基电子产品是硅基电子产品的可能替代品。这种热情是由高碳纳米管载流子迁移率激发的。然而，纳米管的生产、放置和控制都是严重的问题。石墨烯是一种石墨碳薄片，可以克服其中的一些问题，因此是一种有前途的新型电子材料。虽然石墨烯器件以前已经建立，但在这项工作中，我们提供了完全使用标准微电子方法生产的大量晶体管阵列的首次演示和系统评估。石墨烯器件具有高k电介质，迁移率高达5000 cm 2/Vs，Ion/Ioff比高达7，并进行了系统分析，以深入了解衬底特性。典型的石墨烯，这些微米级器件具有可忽略的带隙，因此具有大的漏电流。
2008-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Band structure engineering of epitaxial graphene on SiC by molecular doping
SiC（0001）上的外延石墨烯遭受强本征n型掺杂。我们证明了过量的负电荷可以通过用强电子受体四氰基醌二甲烷（F4-TCNQ）非共价官能化石墨烯来完全补偿。在单层石墨烯中可以达到电荷中性，如来自角分辨光电子能谱（ARPES）的电子色散谱所示。在双层石墨烯中，源于SiC/石墨烯界面偶极的带隙随着F4-TCNQ沉积的增加而增加，并且作为分子掺杂的结果，费米能级移动到带隙中。使用电子费米表面和拉曼光谱定量的分子沉积后的载流子密度的减少。采用X射线光电子能谱学（XPS）和紫外光电子能谱学（UPS）研究了石墨烯/F4-TCNQ电荷转移复合物的结构和电子特性。石墨烯上的掺杂效果在空气中得以保留，并且耐温高达200 \degree C。此外，用F4-TCNQ的石墨烯非共价官能化不仅可以通过超高真空中的蒸发实现，而且可以通过湿化学实现。
2010-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer between epitaxial graphene and silicon carbide
我们分析掺杂的石墨烯生长在SiC上的两种模式，不同的电荷转移到石墨烯的来源，即从SiC表面和体施主。对于这两种模型中的每一个，我们发现在单层和双层石墨烯中诱导的最大电子密度，这是由原始石墨烯中的电子的功函数和SiC上/中的施主态之间的差异决定的，并通过静电门分析石墨烯对密度变化的响应。
2010-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Drastic Minimization in the van der Waals Interaction with the Bottom Epitaxial Graphene Layer by the Diels-Alder Surface Chemistry of the Top Graphene Layer
具有新产生的sp3碳中心对的Diels-Alder表面改性的顶部外延石墨烯层导致两个堆叠的石墨烯平面之间的层间范德华相互作用的突然最小化，并且在反应后操作阶段期间脱离晶片，使其下的层几乎是原始的。上图显示了Diels-Alder官能化的sp2/sp3石墨烯加合物离开母体晶片。在这篇文章中，我们系统地解决了石墨烯表面化学中的几个基本问题，这些问题对于器件制造以及在电子工业中成功实施共价改性石墨烯至关重要。
2014-09-29 cond-mat.mtrl-sci
A Table-Top Formation of Bilayer Quasi-Free-Standing Epitaxial-Graphene on SiC(0001) by Microwave Annealing in Air
我们提出了一种在SiC（0001）上制备双层准自支撑外延石墨烯（QFSEG）的方法。通过在空气中对在SiC（0001）上生长的单层外延石墨烯（EG）施加微波退火，缓冲层从SiC衬底解耦并且变成第二EG层，如通过低能电子衍射、高分辨率透射电子显微镜、拉曼散射光谱、X射线光电子能谱学和角度分辨光电子能谱学所确认的。去耦的最可能的机制是由SiC表面的氧化给出的，这与在空气中的常规退火方法中发生的情况非常相似，但是处理时间少一个数量级以上。
2017-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of residual gas composition on epitaxial graphene growth on SiC
近年来，石墨烯生长优化已经成为大规模、高质量石墨烯生产的关键路线之一。我们已经测量了在碳化硅（SiC）上外延石墨烯生长过程中的原位残余气体含量，以找到外延石墨烯生长的不利因素。比较了高真空和纯氩气中的生长条件。通过拉曼散射成像研究了外延生长的石墨烯，并评估了机械应变、电荷密度、石墨烯层数和石墨烯晶粒尺寸。用霍尔效应测量了范德堡组态的电荷密度和载流子迁移率。我们已经确定了碳和残余水的化学反应的主要作用。当使用纯化的氩气时，反应速率降低。我们还表明，根据随时间变化的气体含量，优选在更高的温度和更短的时间下生长石墨烯。还讨论了生长环境污染的其他来源。讨论了水和碳的反应是增加石墨烯中缺陷数量的因素之一。纯化的氩气及其足够的流速的重要性被认为对于高质量的石墨烯生长是重要的，因为它降低了不期望的化学反应的速率，并提供了更稳定和限定的生长环境。
2017-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the interface of epitaxial graphene with silicon carbide via scanning tunneling microscopy
已经提出在SiC上外延生长的石墨烯作为用于碳基电子器件的材料。了解石墨烯和SiC衬底之间的界面对于未来的应用非常重要。我们报告的能力，使用扫描隧道显微镜成像单层石墨烯下的界面结构。这种成像是可能的，因为石墨烯在费米能以上或以下1eV的能量下看起来是透明的。我们基于密度泛函理论的计算分析显示了这种透明度是如何从SiC衬底上石墨烯层的电子结构中产生的。
2007-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of complex oxides on silicon by enhanced surface diffusion in large area pulsed laser deposition
采用Twente Solid State Technology B. V.（TSST）公司开发的大面积脉冲激光沉积（PLD）装置，在技术相关的4”硅片上的氧化钇稳定的氧化锆（YsZ）/CeO 2缓冲层上生长了均匀的高度外延的LaSrMnO 3（LSMO）薄膜。我们研究并显示了一个额外的SrRuO 3缓冲层上的生长温度依赖的LSMO薄膜的结构和磁性能的影响的结果。随着在缓冲叠层顶部引入薄SrRuO 3层，LSMO膜在低至250 ℃的生长温度下显示出铁磁行为。我们建议，在这些低的生长温度下发生的LSMO的外延晶体生长可以被理解为通过改进的表面扩散，这确保了足够的表面物种的相互混合，形成正确的相。这种混合是必要的，因为与小规模实验相比，在4”晶片上收集了全部羽流，导致晶片上物质的成分变化通量。
2016-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of epitaxial graphene layers on SiC: effect of the substrate
最近的运输测量SiC上生长的石墨薄膜显示大的相干长度和异常的整数量子霍尔效应预期孤立的石墨烯片。这是这种情况下，即使这些薄膜的层-衬底外延意味着一个强大的界面键，应该引起扰动的石墨烯电子结构。我们的DFT计算证实了第一吸附碳层中的这种强衬底-石墨键，其防止了该层的任何石墨电子性质。然而，通过第二和第三吸收层恢复了膜的石墨性质。这种效应在（0001）和$(000\bar{1})$ 4 H SiC表面都可以看到。我们还提出了证据的电荷转移，取决于接口的几何形状。它导致石墨烯被掺杂，并且在沉积3个碳层之后在狄拉克点处产生间隙开口，这与最近的ARPES实验一致（T.Ohta等人，Science { \bf 313}（2006）951）。
2007-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Growth of Large Domain Epitaxial Graphene on the C-Face of SiC
研究了在SiC的C面上外延生长石墨烯。使用约束控制升华（CCS）方法，我们已经实现了良好的控制生长，并能够观察到均匀单层石墨烯的传播。表面图案揭示了生长的两个重要方面，即碳扩散和化学计量要求。此外，还发现了一种新的“阶梯式”增长方式。通过这种模式，单层石墨烯域可以具有数百平方微米的面积，同时，最重要的是，避免了阶梯聚束，并且保留了初始均匀阶梯状的SiC表面。阶梯式生长提供了一种可能的途径，在晶片尺寸上实现均匀的外延石墨烯，而不会损害SiC的初始平坦表面形态。
2012-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of covalent and metallic intercalation on the electronic properties of epitaxial graphene on SiC(0001)
采用轨道分辨密度泛函理论研究了SiC表面氢和锂嵌入石墨烯的电子性质。从石墨烯/SiC异质结系统的$(6\sqrt3\times6\sqrt3)R30^{\circ}$表面重构出发，我们发现H和Li都可以在界面处插入时恢复两个非等效结部分（即石墨烯和SiC衬底）的理想结构特征。然而，对于这两种情况，化学/静电相互作用仍然不同。因此，H-插层外延石墨烯受到扰动狄拉克点的亚晶格破坏电子干扰，而Li插层由于Li电荷的不均匀离域而产生高度$n$掺杂的系统。结果带来的作用，衬底工程在SiC上外延石墨烯的讨论。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of the buffer layer coupling on the lattice parameter of epitaxial graphene on SiC(0001)
掠入射X射线衍射（GID）被用于探测SiC（0001）上原子级薄碳层的结构：具有$6(\sqrt{3}\times\sqrt{3})$ R30 $^\circ$周期性的所谓缓冲层（BL）、在BL顶部的单层石墨烯（MLG）和双层石墨烯（BLG）。通过拉曼光谱补充GID分析。用GID高精度地测量了各层的晶格参数。结果表明，界面BL是MLG中应变的主要来源，它通过插层促进BL与衬底的脱耦，使BL转变为石墨烯，从而导致MLG的弛豫和准独立BLG的形成.
2014-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the SiC surface - a morphology study on the epitaxial growth of graphene and its buffer layer
我们使用原子力显微镜研究了石墨烯缓冲层的生长和碳化硅衬底表面的台阶聚束行为。局部缓冲层域的形成被确定为不期望的高步骤的边缘的起源与一个一般模型的步骤动态的预测非常一致。所应用的聚合物辅助升华生长方法表明，抑制这种行为的关键原理是缓冲层的均匀成核。以这种方式，碳化硅表面被稳定化，使得在各种碳化硅衬底表面上的石墨烯生长期间可以保留超平坦表面。实验结果的分析描述了不同的生长模式，通过强调缓冲层成核和临界质量传输过程的重要性，扩展了目前对外延石墨烯生长的理解。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial MgSnN2 on 4H-SiC (0001): An Earth-Abundant Nitride for Green Optoelectronics and Photovoltaics
Linköping University（林雪平大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Lund University（隆德大学）；HUN-REN – Institute of Technical Physics and Materials Science（匈牙利研究与创新网络技术物理与材料科学研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
研究通过直流磁控溅射在4H-SiC(0001)上外延生长MgSnN2，展示其在可见光谱高吸收系数和绿色光电子应用的潜力。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci
