Structure and electronic properties of epitaxial graphene grown on SiC
本文综述了外延石墨烯作为碳电子材料的研究进展。特别讨论了外延石墨烯生长、界面控制以及对多层外延石墨烯电子性质的理解方面的改进。虽然在SiC的两个极性面上生长的石墨烯被解决，但我们的讨论将集中在SiC的（000-1）C面上生长的石墨烯。C面多层外延石墨烯的独特性质已经变得显而易见。这些薄膜的电子行为就像一堆几乎独立的石墨烯片，而不是一个薄的Bernal堆叠的石墨样品。多层石墨烯的电子行为的起源是其独特的非Bernal旋转石墨烯平面的高度有序堆叠。虽然这些旋转不会显著影响层间相互作用，但它们确实破坏了石墨的堆叠对称性。正是这种对称性破缺导致每个片表现得像一个孤立的石墨烯平面。
2010-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport Properties of Quasi-Free Standing Epitaxial Graphene Bilayer on SiC: Evidence for Bernal Stacking
我们研究了SiC上的准独立外延石墨烯双层的磁输运性质，该石墨烯双层是通过在Ar中的大气压石墨化，然后通过H $_2$插层而生长的。在电荷中性点的纵向电阻表现出绝缘行为，它遵循的温度依赖性与可变范围跳跃运输在带隙状态一致。在垂直磁场中，我们观察到了填充因子为4倍（$ν$）的量子霍尔态（QHS），以及在$ν=0$和$ν=6$的破谷对称性QHS.这些结果明确地表明，在SiC的Si面上生长的准自立式石墨烯双层表现出Bernal堆叠。
2011-08-13 cond-mat.mes-hall 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
Epitaxial graphene on SiC(0001): More than just honeycombs
石墨烯影响下一代电子产品发展的潜力重新引起了人们对其生长和结构的兴趣。六方SiC表面的石墨化为石墨烯的合成提供了一种可行的替代方案，现在可以在SiC（0001）上制备晶片尺寸的外延石墨烯。尽管最近取得了这一进展，但石墨烯-SiC界面的确切性质以及石墨烯是否具有半导体间隙仍然存在争议。使用扫描隧道显微镜与功能化的提示和密度泛函理论计算，在这里，我们表明，界面是一个扭曲的碳片组成的三重六边形五边形七边形复合物周期性地插入到蜂窝晶格。这些缺陷缓解了石墨烯层和SiC衬底之间的应变，同时仍然保留了每个碳原子的三重配位。此外，这些缺陷破坏了蜂窝的六重对称性，从而自然地诱导出间隙：计算出的界面能带结构是半导体的，并且在费米能级以下的K附近存在两个局域态，解释了光电发射和碳芯能级数据。在下一层石墨烯的狄拉克点处发现了非线性色散和33 meV的间隙，从而深入了解了SiC（0001）上外延石墨烯间隙起源的争论。这些结果表明，SiC（0001）上的外延石墨烯的界面不仅仅是死缓冲层，而是积极地影响后续石墨烯层的物理和电子性质。
2010-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness Estimation of Epitaxial Graphene on SiC using Attenuation of Substrate Raman Intensity
一种简单的，非侵入性的方法，使用拉曼光谱的碳化硅（SiC）上外延生长的石墨烯层的厚度的估计，使厚度，晶粒尺寸和无序使用光谱的同时测定。由于石墨烯覆盖层的衬底拉曼信号的衰减被发现依赖于从表面的X射线光电子能谱学和透射电子显微镜推导出的石墨烯膜厚度。我们解释这种依赖性使用吸收覆盖层模型。该方法可用于绘制区域上的石墨烯厚度，并且能够估计多层石墨烯膜的厚度，超出XPS和俄歇电子能谱（AES）的可能厚度。
2009-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Minimal Single-Particle Hamiltonian for Charge Carriers in Epitaxial Graphene on 4H-SiC(0001)
我们提出了一个最小但至关重要的微观理论，在4 H-SiC（0001）表面上外延石墨烯和石墨烯纳米带-原型材料，以探索大规模的石墨烯的物理性质。粗粒度模型哈密顿量是基于系统的原子和电子结构从第一性原理计算。从理论中，我们明确地揭示了几个有趣的实验观察的起源，如狄拉克点周围的对称性破缺状态和整个布里渊区产生的新能带，从而建立了子状态在修改石墨烯的电子性质中的作用。我们还预测，扶手椅型石墨烯纳米带的表面上有一个单一的能隙为0.2 eV时，它们的宽度是超过15 nm，在鲜明的对比，他们通常的家庭行为。
2009-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of bilayer domains on electronic transport properties of epitaxial graphene on SiC
对在碳化硅上的纯单层外延石墨烯（SiC/G）上制造的霍尔条器件的磁输运测量显示出载流子浓度和迁移率在晶片尺寸维度上的非常紧密的分布。相比之下，含有双层石墨烯域的SiC/G器件显示出与双层含量的量相关的电子性质的变化。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall
The emergence of quantum capacitance in epitaxial graphene
我们发现，外延石墨烯，它具有内在的n型掺杂，和未掺杂的衬底之间产生的电荷的内在的重新分布。特别地，我们详细研究了在C-封端的$4H$（$SiC$（$000{\bar{1}}$））上热加工的外延石墨烯层。我们已经研究了使用拉曼光谱在石墨烯衬底系统中的电荷分布。研究了衬底等离子体激元对$SiC$衬底纵向光学声子的影响。相关的电荷再分布揭示了石墨烯和衬底之间电容的形成。因此，我们第一次给出了直接的证据，即在外延单层石墨烯中的过量负电荷可以通过没有初始掺杂的$SiC$衬底进行自补偿。这引起了先前看不见的电荷载流子密度在衬底-石墨烯界面处的重新分布。在那里，量子电容器出现了，而没有诉诸于任何有意的外部掺杂，这是外延石墨烯的基本要求。虽然我们已经确定了电容器内部存在的电场，并揭示了在$4H$ - $SiC$面封端的碳上的外延石墨烯的小间隙（$\approx 4.3meV$）的存在，但与在面封端的$Si$上的石墨烯所获得的小间隙相比，它仍然很小。在$SiC$衬底上的石墨烯中发现的基本电子性质对于开发下一代量子技术和电子/等离子体器件可能是重要的。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of graphene-substrate interactions on configurations of organic molecules on graphene: pentacene/epitaxial graphene/SiC
并五苯已广泛用于有机器件中，并且已知并五苯与衬底之间的界面结构显著影响器件性能。在这里，我们证明了石墨烯上并五苯的分子有序性取决于石墨烯与其底层SiC衬底之间的相互作用。利用扫描隧道显微镜（STM）研究了并五苯分子在Sifaced 6 H-SiC（0001）晶片上生长的零层和单层石墨烯上的吸附。并五苯分子在零层石墨烯上形成准无定形层，其与下面的SiC衬底强烈相互作用。相反，它们在具有弱石墨烯-SiC相互作用的单层石墨烯上形成均匀有序的层。此外，我们可以改变并五苯分子在单层石墨烯上的构型。结果表明，并五苯在石墨烯上的分子有序性以及并五苯/石墨烯界面结构可以通过石墨烯-基底相互作用来控制。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of quantum-Hall effect in gated epitaxial graphene grown on SiC (0001)
采用高温升华法在半绝缘4 H-SiC衬底的Si面上制备了石墨烯外延薄膜。通过插入完全氧化的纳米薄铝膜作为籽晶层，随后进行原子层沉积工艺，在外延石墨烯上实现高k栅极堆叠。外延石墨烯膜的电性能在栅极叠层形成之后得以维持而没有显著的退化。在低温下，观察到霍尔电阻中的量子霍尔效应以及SiC（0001）上的栅极外延石墨烯的对角磁阻中的显著的Shubnikov-de Hass振荡。
2009-10-29 cond-mat.mes-hall
Effect of Oxygen Adsorption on the Local Properties of Epitaxial Graphene on SiC (0001)
利用低能电子显微镜（LEEM）、微探针低能电子衍射（\muLEED）和微探针角分辨光电子能谱（\muARPES）研究了氧吸附对SiC（0001）表面单层石墨烯局域结构和电子性质的影响。我们发现，SiC（0001）上的外延石墨烯缓冲层在氧化后部分去耦。氧化过程的监测表明，氧饱和的Si悬挂键，打破一些Si-C键在界面处，并插入石墨烯层。精确控制氧化参数使我们能够调整层中的电荷密度调制。
2012-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Highly efficient spin transport in epitaxial graphene on SiC
自旋信息处理是后CMOS（互补金属氧化物半导体）电子学的一个可能的新范例，长距离有效的自旋传播是这一愿景的基础。然而，尽管经过几十年的深入研究，仍然需要一个合适的平台。我们在这里报告高效的自旋输运在两端偏振器/分析器设备的基础上高迁移率外延生长在碳化硅石墨烯。利用高阻抗注入/探测隧道结的优势，我们得到了自旋输运效率高达75%，自旋信号在兆欧姆范围内，自旋扩散长度超过100 μm。这使得自旋电子学在复杂的结构：设备和网络架构依赖于自旋信息处理，远远超出目前的自旋电子学应用，现在可以预见。
2013-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene on SiC: 2D sheets, selective growth and nanoribbons
综述了利用限制控制升华法在SiC上外延生长石墨烯的研究进展，重点介绍了在4 H-SiC碳表面上的多层和单层外延石墨烯以及在生长抑制或生长增强掩模下的定向和选择性生长结构。还介绍了模板化石墨烯纳米结构生长的最新进展，例如数十微米长的非常良好限制和隔离的20- 40 nm宽的石墨烯带。最后给出了带阵列与硅片大规模集成的方案。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall
Pb-intercalated epitaxial graphene on SiC: Full insight into band structure and orbital character of interlayer Pb, and charge transfer into graphene
本研究结合同步辐射 ARPES 与 DFT，表征 SiC 上单层外延石墨烯下方 (1×1) Pb 插层的金属能带、面外轨道特征及电荷转移来源。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppressed compressibility of quantum Hall effect edge states in epitaxial graphene on SiC
我们确定了在硅封端的SiC（G/SiC）上的顶栅外延石墨烯的量子霍尔效应（QHE）边缘附近形成可压缩条纹的条件，并将其与场效应晶体管（GraFET）几何结构中的绝缘衬底上剥离的石墨烯进行比较。对于G/SiC，在石墨烯层下面的SiC上的大密度的局部表面态和它们之间的电荷转移导致石墨烯的掺杂和其边缘附近的电势分布的屏蔽。这抑制了石墨烯中QHE边缘附近的可压缩条带的形成，使得它们比GraFET中相应的可压缩条带窄得多。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall
Single-layer metallicity and interface magnetism of epitaxial graphene on SiC(000$\bar{1}$)
利用密度泛函理论计算了4 H-SiC（000 $\bar{1}$）上外延石墨烯的结构和电子性质。使用相称的超级电池，最大限度地减少非物理应力，我们表明，在与Si面外延膜，形成在C面的SiC的第一个石墨烯层是纯金属的$π$带部分保存。典型的自立式特性通过第二石墨烯层完全恢复。此外，我们讨论的界面上的磁性和费米能级钉扎效应的情况下，可以允许一个合理的设备操作从关闭状态开始。
2011-03-04 cond-mat.mes-hall
Epitaxial graphene on SiC: Modification of structural and electron transport properties by substrate pretreatment
外延石墨烯层的电输运性质与SiC表面形态相关。在这项研究中，我们通过原子力显微镜和拉曼测量表明，当对近轴6 H-SiC（0001）衬底应用不同的预处理程序时，外延石墨烯层的表面形态和结构发生显着变化。事实证明，经常使用的衬底的氢蚀刻是导致石墨烯生长期间出现不期望的高宏观台阶的原因。一种更有利的类型的亚纳米阶梯石墨烯层获得了一种新的方法：高温处理的SiC表面在氩气气氛中。结果可以通过在抑制巨阶聚束和石墨烯阶流生长的调节过程之后观察到的石墨烯缓冲层域来解释。优越的电子质量证明了在纳米探针传输实验中获得的非本征电阻各向异性较小，并在低温磁输运测量中的霍尔电阻的出色的量化。量子霍尔电阻与标称值（冯·克利青常数的一半）在4.5*10（-9）的标准偏差内一致，这使得该方法适合于制造电量子标准。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unexpected Structures for Intercalation of Sodium in Epitaxial Graphene-SiC Interfaces
我们使用扫描隧道显微镜，光谱学和从头计算，几个嵌入结构存在于SiC（0001）上的外延石墨烯中的钠。插层在室温下发生，Na电子掺杂石墨烯。它插层在单层石墨烯和富碳界面层之间。它还渗透到界面层下方并将其折叠以形成第二石墨烯层。这种去耦加速退火，并验证了直接钠沉积到界面层。我们的观察表明，石墨烯中的嵌入与石墨中的嵌入有着根本的不同，并且是一种多功能的电子控制手段。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Silicon carbide stacking-order-induced doping variation in epitaxial graphene
一般认为外延石墨烯中的费米能级受两种效应控制：由六角SiC（0001）衬底体诱导的p型极化掺杂和与缓冲层相关的类施主态的过补偿。在这项工作中，我们的证据表明，这种效果也与特定的底层SiC梯田。我们制作了一个周期性的序列不相同的SiC梯田，这是明确归因于特定的SiC表面终端。实验观察到SiC终端和电子石墨烯性能之间的明确相关性，并通过各种互补的表面敏感方法证实。我们将这种相关性归因于SiC终止依赖的极化掺杂对上覆石墨烯层的邻近效应。我们的研究结果为纳米级掺杂工程开辟了一条新途径，即在介电极性衬底上自图案化外延石墨烯和其他2D层。
2020-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Morphology Characterization of Argon-Mediated Epitaxial Graphene on C-face SiC
使用氩气介导的生长工艺在4 H-和6 H-SiC的C面上生长外延石墨烯层。生长温度和压力的变化被发现显着影响的层的形态特性。在生长过程中氩气的存在减缓了C面上石墨烯形成的速率，并导致观察到孤岛。岛和连续膜的形貌的相似性表明，岛形核和聚结是C面石墨烯的生长机制。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-$T_c$ $d^{0}$ ferromagnetism in a doped Mott insulator: the case of hydrogenated epitaxial graphene on SiC(0001)
通过第一性原理计算，我们发现在某些SiC衬底上的电子掺杂氢化外延石墨烯中可以实现高居里温度的$d^{0}$铁磁性（$T_c$）.原始系统被发现是一个莫特绝缘体独立的SiC多型体（2 $H$，4 $H$或6 $H$），然而，在磁相互作用的调制中发挥了重要作用。载流子掺杂通过双交换机制增强了铁磁耦合，实现了反铁磁性到铁磁性的相变。在2 $H$ -SiC上预测了约400 K的$T_c$。我们采用非简并的哈伯德模型来描述SiC在原子内库仑排斥和原子间跳跃相互作用中对界面磁性的影响。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall
Long spin relaxation times in wafer scale epitaxial graphene on SiC(0001)
我们开发了一种简单的，可升级的过程，在SiC（0001）上外延生长的单层石墨烯上制备横向自旋阀器件，并进行非局域自旋输运测量。我们在单层石墨烯中观察到最长的自旋弛豫时间τ_S，而自旋扩散系数D_S与剥离石墨烯的典型结果相比大大降低。τ_S值的增加可能与底物的改变有关，而D_S值较小的原因尚不清楚。
2012-02-14 cond-mat.mes-hall
Model and performance evaluation of field-effect transistors based on epitaxial graphene on SiC
鉴于在最近的实验中观察到的0.26 eV的可观的半导体间隙，SiC衬底上的外延石墨烯似乎是FET的有前途的沟道材料。事实上，它是二维的-因此不需要禁止光刻-并且表现出比其他替代选择（例如双层石墨烯）更宽的间隙。在这里，我们提出了一个模型，并评估基于SiC上的外延石墨烯的纳米级FET的可实现的性能，进行设计参数空间的探索。我们表明，电流可以调制4个数量级;对于数字应用，Ion /Ioff比为50，亚阈值斜率为145 mV/decade，电源电压为0.25 V。这代表了石墨烯电子器件固态集成的重大进展，但还不足以用于数字应用。
2009-09-25 cond-mat.mes-hall
Giant inelastic tunneling in epitaxial graphene mediated by localized states
用原子分辨扫描隧道显微镜和光谱研究了纳米尺度石墨烯片及其与SiC（0001）界面层的局域电子结构。石墨烯/SiC系统界面层的局域态对石墨烯的电子结构有重要影响。非弹性隧穿的巨大增强，达到总隧穿电流的50%，已被观察到在纳米尺寸的石墨烯单层缺陷包围的局域态。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of epitaxial graphene nanoribbons on SiC: effect of substrate
采用非平衡分子动力学方法研究了SiC衬底对外延石墨烯纳米带热导率的影响。结果表明，在热输运过程中，基底与单层GNRs之间存在强相互作用，大大降低了热导率。双层GNR的第二GNR层中，悬浮GNR的热导率特性被很好地保留，其与底层结构具有弱的范德华相互作用。发现面外声子模对由底层结构引起的第二GNR层的热导率变化起关键作用。
2012-02-04 cond-mat.mes-hall
A model for the epitaxial growth of graphene on 6H-SiC
我们介绍了6 H-SiC上外延石墨烯生长的动力学模型。该模型适用于由半晶胞高度台阶组成的邻近表面，实验表明SiC的台阶流动升华促进了平行于台阶边缘的石墨烯条带的形成和生长。模型参数是石墨烯在台阶边缘成核和随后的传播的有效能垒。使用速率方程和动力学蒙特卡罗模拟，两个不同的生长制度出现从顶层石墨烯带宽度的层覆盖和分布的研究作为总覆盖，邻角，和模型参数的函数。一种状态是由条带的聚结所主导的。另一种机制是由一种新的“爬越”过程，这有利于石墨烯从一个平台到下一个平台的传播。比较我们的研究结果扫描显微镜的研究将提供第一个定量的见解，这种独特的外延系统的生长动力学。
2011-05-10 cond-mat.mes-hall
Observation of the quantum Hall effect in epitaxial graphene on SiC(0001) with oxygen adsorption
在这封信中，我们报告的SiC（0001）与氧吸附的外延石墨烯的运输测量。在$50\times 50 μ\mathrm{m^2}$大小的霍尔棒中，我们观察到半整数量子霍尔效应，其具有在$ν= 2$周围的填充因子处量化的横向电阻平台，这是单层石墨烯的证据。我们发现低电子浓度的$9\times 10^{11} \textrm{cm}^{-2}$，我们表明，掺杂的$10^{13}\textrm{cm}^{-2}$，这是本征外延石墨烯的特性，可以通过真空退火恢复。氧吸附对载流子密度的影响通过局部角分辨光电子能谱测量得到证实。这些结果对于理解外延石墨烯上的氧吸附及其在需要低载流子浓度的计量学和介观物理学中的应用是重要的。
2012-07-12 cond-mat.mes-hall
Epitaxial Graphene Nanoribbons on Bunched Steps of a 6H-SiC(0001) Substrate: Aromatic Ring Pattern and Van Hove Singularities
我们报告了在6 H-SiC（0001）衬底的成束台阶阵列上生长的石墨烯纳米带的扫描隧道显微镜和光谱研究。我们的石墨烯纳米带在台阶上的扫描隧道显微镜图像具有（sqrt（3）x sqrt（3））R30°芳香环图案，其定义了我们的扶手椅纳米带。这与基于密度泛函理论的模拟是一致的。作为一维电子结构的另一个特征，在相应的扫描隧道光谱中，我们发现了发达的，尖锐的范霍夫奇点。
2012-12-18 cond-mat.mes-hall
Revealing the atomic structure of the buffer layer between SiC(0001) and epitaxial graphene
在SiC（0001）表面（SiC的硅面）上，通过从衬底升华Si来获得外延石墨烯。石墨烯膜通过富碳界面层（下文称为缓冲层）与本体分离，富碳界面层部分地共价结合到衬底。它的结构和电子性质目前正在讨论中。在目前的工作中，我们报告的扫描隧道显微镜（STM）研究的缓冲层和准独立的单层石墨烯（QFMLG），这是通过脱耦合的缓冲层从SiC（0001）衬底通过插氢。缓冲层的原子分辨率STM图像显示，在该界面层的周期性结构内，原子的排列在拓扑上与石墨烯相同。插氢后，我们表明，所得到的QFMLG是从周期性的缺陷，并提出了没有可检测的缺陷网站。
2013-08-02 cond-mat.mes-hall
Intercalated europium metal in epitaxial graphene on SiC
X射线磁性圆二色性（XMCD）研究了铕金属在SiC（0001）上石墨烯层间的磁性。通过在外延生长的石墨烯上沉积Eu来形成石墨烯和SiC衬底之间的Eu纳米簇（平均尺寸2.5 nm）的嵌入，随后在各种温度下退火，同时保持石墨烯层的完整性。通过对Eu M $_{4,5}$边在$T = 15$ K处的XMCD进行求和规则分析，发现样品在T $\approx$ 90 K处表现出明显的类顺磁性异常，这可能与体金属Eu的N{è}el跃迁（T $_N$ = 91 K）有关.我们没有发现由于EuO引起的铁磁性或由于Eu $_2$ O $_3$引起的反铁磁性的证据，这表明石墨烯层在暴露于大气环境的数月内保护插层金属Eu免受氧化。
2017-10-20 cond-mat.mes-hall
Model and Simulations of the Epitaxial Growth of Graphene on Non-Planar 6H-SiC Surfaces
采用一维动力学Monte Carlo模型研究了6 H-SiC上外延石墨烯的阶梯流生长。模型参数是石墨烯在SiC台阶处成核和生长的有效能垒。当该模型被应用到相邻表面上的石墨烯生长时，条带宽度分布被用来表征表面形态。包括额外的动力学过程来研究SiC纳米晶面上的石墨烯生长。我们的主要结果是，在石墨烯生长过程中，原始的纳米晶面断裂成几个纳米晶面。这种现象的特征在于断裂的纳米刻面相对于基面取向的角度。这个角度在整个表面上的分布被发现是相关的带宽度分布的邻位表面。随着阶地扩展势垒的减小，裂缝角分布由双侧高斯分布向单侧幂律分布连续变化。利用这种分布，将有可能从实验中提取能量势垒，并定量地解释生长形态。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall
Annealing-induced magnetic moments detected by spin precession measurements in epitaxial graphene on SiC
我们目前的非本地和三个终端（3T）的自旋进动测量的结果上的SiC上的外延石墨烯制造的自旋注入器件。在真空中在150摄氏度下退火15分钟之前和之后进行测量。退火后得到的自旋弛豫长度L_s和自旋弛豫时间τ_s分别比退火前减小了2倍和4倍。自旋扩散常数D_s和电荷扩散常数D_c之间的明显差异可以通过研究g因子的温度依赖性来解决，这与顺磁磁矩模型是一致的。
2013-02-25 cond-mat.mes-hall
Controlled epitaxial graphene growth within amorphous carbon corrals
高质量石墨烯的结构化生长对于碳基电子技术的发展是必要的。具体地，控制SiC上外延石墨烯下的表面台阶的聚束和放置是石墨烯器件生产的重要考虑因素。我们展示了光刻图案化的蒸发无定形碳陶瓷作为钉扎SiC表面台阶的方法。蒸发的无定形碳是SiC上理想的阶跃流动屏障，这是由于其与石墨烯生长的化学相容性和其在高温下的结构稳定性以及其可图案化性。在石墨烯生长之前，将无定形碳在真空中沉积在SiC上。在温度高于1200 $^\circ$ C的石墨烯炉中，可移动的SiC台阶在这些无定形碳阻挡层处积累，从而在高于1330 $^\circ$ C的温度下形成用于石墨烯生长的对齐的无台阶区域。原子力显微镜成像和拉曼光谱支持形成质量的无台阶的石墨烯片生长在SiC上的步骤形态对齐的碳网格。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall
Observation of Coulomb blockade in nanostructured epitaxial bilayer graphene on SiC
我们研究了纳米结构中的电子输运，该纳米结构在SiC上外延生长的双层石墨烯片中作为掺杂、磁场和温度的函数。远离电荷中性的传输仅由局部侧栅引起的载流子浓度变化进行微弱调制。在接近电荷中性的低n型掺杂下，电子输运类似于剥离的石墨烯纳米带中的电子输运，并且通过单个电子穿过库仑阻塞的岛的网络的隧穿来很好地描述。在外部磁场的影响下，库仑阻塞共振围绕平均能量波动，并且间隙作为磁场的函数而收缩。然而，在电荷中性时，传导对外部磁场不太敏感。在这个制度中，我们还观察到一个更强的抑制电导低于$T^*$，我们解释为一个迹象，打破层间对称性或强波动的边缘/潜在的障碍。
2017-03-31 cond-mat.mes-hall
Atomic-Scale Movement Induced in Nano-Ridges by Scanning Tunneling Microscopy on Epitaxial Graphene Grown on 4H-SiC(0001)
利用扫描隧道显微镜（STM）在4度切角4 H-SiC（0001）的硅表面上外延生长的多层石墨烯中发现了纳米尺度的脊。这些纳米脊只有0.1 nm高，25-50 nm宽，使它们比以前报道的脊小得多。在纳米脊附近和顶部使用双扫描技术进行原子分辨率STM，其中同时记录正向和反向图像。沿图像的前缘在两个方向上观察到明显100%放大的石墨烯晶格常数。石墨烯的水平运动，由于静电吸引STM尖端和弱键合到衬底，被认为有助于结果。
2015-01-23 cond-mat.mes-hall
Quantum-Hall plateau-plateau transition in top-gated epitaxial graphene grown on SiC (0001)
研究了在半绝缘4 H-SiC衬底的Si面上通过高温升华法制备的单层外延石墨烯薄膜的低温磁输运性质。通过插入完全氧化的纳米薄铝膜作为种子层，随后进行原子层沉积工艺，在外延石墨烯上实现高k顶栅。在低温下，器件表现出强场效应的顶栅与开/关比约为7和电子迁移率高达~3250 cm ^2/Vs的半整数量子霍尔效应的单层外延石墨烯薄膜的观察后，详细的磁输运测量已进行，包括不同的密度，温度，磁场和电流。我们研究了当温度和电流变化时，可分辨的量子霍尔平台到平台跃迁（朗道能级指数n=0到n=1）的宽度。对于栅极电压和磁场扫描以及T>10 K，转变宽度为T^{-κ}，指数κ~0.42。这种普遍的标度指数与在具有短程合金无序的III-V异质结和剥离的石墨烯中发现的标度指数一致。
2011-12-20 cond-mat.mes-hall
One-Step Epitaxial Access to Rhombohedral Graphene Flat-Band States on Step-Bunched SiC
Institute for Advanced Studies, Wuhan University（武汉大学高等研究院）；Department of Physics, Southern University of Science and Technology（南方科技大学物理系）；School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）
研究解决菱面体石墨烯多层膜外延制备受限问题，通过4°偏轴4H-SiC的一步石墨化路线，实现厚度可调的菱面体石墨烯平带态制备，确立了相关外延平台。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Low Carrier Density Epitaxial Graphene Devices On SiC
在六方Si端SiC衬底上生长的单层外延石墨烯（EG）本质上是电子掺杂的（载流子密度约为10^13 cm^（-2））。我们展示了一个干净的设备制造过程中使用的贵金属保护层，并表明，与王水蚀刻的结果在p型（空穴）分子掺杂我们的非门控，无污染的EG。通过这种简单的工艺制造的器件可以达到10^10 cm^（-2）到10^11 cm^（-2）的载流子密度，迁移率约为8000 cm ^2/V/s或更高。在载流子密度n = 2.4 x 10^11 cm^（-2）、迁移率= 5200 cm ^2/V/s的中度掺杂器件中，我们观察到高度发达的量子化霍尔电阻平台，在磁场强度小于4 T时填充因子为2。掺杂浓度可以通过在Ar中的热处理恢复到更高的水平，而具有p型和n型多数载流子的器件在环境空气中倾向于向较低的载流子浓度漂移。
2014-04-03 cond-mat.mes-hall
Epitaxial growth of mono- and (twisted) multilayer graphene on SiC(0001)
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文研究了在SiC(0001)上利用硼吖嗪高温退火解耦ZLG缓冲层以制备扭转双层石墨烯（tBLG），发现高温会破坏生长自限制性导致多层覆盖，提出插层等替代方法以实现tBLG的完全覆盖。
2024-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistors on Wafer-Scale Epitaxial Graphene on SiC substrates
我们报告了在大面积外延石墨烯上实现的~10 nm宽的顶栅石墨烯纳米晶体管场效应晶体管（GNRFFET），其具有~0.14 eV的带隙开口。与先前观察到的GNRs的无序输运和严重的边缘粗糙度效应相反，这里给出的实验结果清楚地表明，在精心制作的GNRFEFET中的输运机制在室温下是常规的带输运，在低温下是带间隧穿。整个空间的温度，尺寸和几何形状依赖的传输特性和静电的GNRFESTs的解释由传统的电子发射和隧穿电流模型。我们结合实验和建模工作证明，精心制作的窄GNRs的行为作为传统的半导体，仍然是电子开关器件的潜在候选人。
2013-10-25 cond-mat.mes-hall
High Electron Mobility in Epitaxial Graphene on 4H-SiC(0001) via post-growth annealing under hydrogen
我们研究了在4 H-SiC（0001）上外延单层石墨烯的磁输运性质，该石墨烯是通过在Ar中常压石墨化，然后进行H2插层而生长的。我们直接证明了在石墨烯/SiC（0001）界面处饱和Si悬挂键以实现高载流子迁移率的重要性。成功消除Si悬空键后，载流子迁移率在0.3 K时从3 000 cm^2/Vs增加到> 11 000 cm^2/Vs。此外，石墨烯的电子浓度往往会从几个10^12 cm^-2下降到小于10^12 cm^-2。对于一个典型的大（30 × 280 μ m^2）霍尔棒，我们报道了在朗道能级填充因子nu = 2，6，10，14时，在0.3 K下观察到的整数量子霍尔态，其横向电阻平台发展良好. 42和Shubnikov de Haas振荡。在这样的器件中，在nu=2、19 T和0.3 K下的霍尔态量子化可以是非常鲁棒的：对于高达250 uA的测量电流，电子传输中的耗散可以保持非常低，纵向电阻率低于5 mOhm。这在计量学应用方面是非常有前途的。
2014-03-20 cond-mat.mes-hall
Localized states influence spin transport in epitaxial graphene
我们开发了一个自旋输运模型的扩散通道耦合局域态，导致在一个有效的增加自旋进动频率和减少自旋弛豫时间的系统。我们将此模型应用于SiC（0001）（MLEG）上单层外延石墨烯上获得的Hanle自旋进动测量。结合新进行的测量准独立的单层外延石墨烯在SiC（0001）我们的分析表明，不同的值的扩散系数测量在MLEG中的电荷和自旋输运测量和自旋弛豫时间的高值可以解释的影响所产生的缓冲层之间的界面处的石墨烯和SiC表面的局域态。
2012-08-15 cond-mat.mes-hall
Quasi-Ballistic Thermal Conduction in 6H-SiC
电子器件的最小化使得相关设备的散热成为越来越大的挑战。当材料的尺寸小于声子平均自由程时，声子在没有内部散射的情况下传输，扩散热传导定律失效，导致有效热导率显著降低。本文首次报道了掺杂外延6 H-SiC和单晶多孔6 H-SiC在室温以下的热导率随温度的变化。在这些样品中观察到强烈的准弹道热传输，特别是在低温下。掺杂和结构边界被施加到调谐准弹道热输运，因为掺杂剂选择性地散射高频声子，而边界散射声子与长的平均自由程。观察到异常强的声子散射硼掺杂剂相比，氮掺杂剂。此外，在测量的热导率的数量级减少，观察到在低温下的多孔6 H-SiC相比，外延6 H-SiC。最后，第一性原理计算和一个简单的卡拉威模型建立理解测得的热导率。我们的工作揭示了对技术重要的宽带隙半导体（如6 H-SiC）中热传导的基本理解，并将影响6 H-SiC相关电子和设备的热管理等应用。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rapid low-temperature synthesis of graphene-coated SiC substrates for remote and van der Waals epitaxy
本研究针对传统SiC高温石墨化制备石墨烯存在的表面台阶聚束问题，开发金属辅助石墨化技术，低温快速合成均匀单晶石墨烯，成功制备自支撑III-N薄膜，为超宽禁带晶体薄膜规模化制备提供新路径。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-carrier Transport in Epitaxial Multi-layer Graphene
对生长在Si面和C面SiC上的外延石墨烯进行了变场霍尔测量。载流子输运基本上涉及少层石墨烯中的单一类型的载流子，而与SiC面无关。然而，在C面SiC上生长的多层石墨烯（MLG）中，霍尔测量表明存在几组具有不同迁移率的载流子。MLG中的电输运可以通过调用三个平行的独立传导通道来适当地描述。其中两种是n型和p型，而第三种涉及几乎本征的石墨烯。轻掺杂沟道中的载流子具有比其他两个高得多的迁移率。
2010-09-01 cond-mat.mes-hall
Epitaxial Growth of a Single-Crystal Hybridized Boron Nitride and Graphene layer on a Wide-Band Gap Semiconductor
二维（2D）材料的垂直和横向异质结构为2D材料的物理和应用的开创性研究铺平了道路。通过化学气相沉积（CVD）在单晶金属或金属箔上制备了混杂的六方氮化硼（h-BN）和石墨烯横向结构（异质2D结构）。然而，一旦在金属上制造，h-BN/石墨烯横向结构就需要用于器件应用的附加转移过程，如对于在金属箔上生长的CVD石墨烯所报道的。在这里，我们证明了单晶h-BN/石墨烯横向结构可以在宽禁带半导体SiC（0001）上外延生长。首先，在850 oC下，使用环硼氮烷分子在Si封端的SiC衬底上生长了具有与块状SiC相同取向的单晶h-BN层。其次，当在真空中加热到1150 ℃以上时，h-BN层被部分去除，随后被石墨烯域取代。有趣的是，这些石墨烯域具有与h-BN层相同的取向，从而在整个样品区域上产生单晶h-BN/石墨烯横向结构。对于高于1600 ℃的温度，单晶h-BN层完全被单晶石墨烯层取代。利用低能电子衍射、角分辨光电子能谱和扫描隧道显微镜分别研究了h-BN/石墨烯横向结构的晶体结构、电子能带结构和原子结构。在宽禁带半导体衬底上制造的h-BN/石墨烯横向结构可以直接应用于器件，而无需进一步的转移过程，如对于SiC衬底上的外延石墨烯所报道的。
2015-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene homogeneity and quantum Hall effect in millimeter-scale devices
在5.6 x 5.6 mm^2外延石墨烯器件中观察到量子化的磁输运，该器件在高温（1900 °C）下使用SiC（0001）的Si面上的高度约束升华生长。精确的量子化霍尔电阻Rxy = h/2e^2在T = 3.1 K和9 T时保持在临界电流Ixx = 0.72 mA的最高记录水平，拉曼显微镜显示出低而均匀的应变。在第二个器件中，吸附诱导的分子掺杂降低了载流子浓度，接近狄拉克点（n ~ 1 E10（1/cm^2）），在10 mm^2的面积上测得迁移率为43700 cm^2/Vs。原子力，共聚焦光学，和拉曼显微镜被用来表征大规模的设备，并揭示了改进的SiC平台形貌和石墨烯层的结构。我们的研究结果表明，通过面石墨加工生产的外延石墨烯的结构均匀性有助于毫米级的输运均匀性，并将证明对科学和商业应用有用。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay between interferences and electron-electron interactions in epitaxial graphene
我们通过分析低温电导率，分离了在4 H-SiC衬底的C面上生长的外延石墨烯器件中的局部化和相互作用效应。弱本地化和反本地化提取在低磁场，消除后的几何磁阻和扣除的磁场依赖的Drude电导率。在较高的磁场中提取电子-电子相互作用校正，其中局部化效应消失。这两种现象都很弱，但规模很大，数量级相同。如果与二氧化硅上的石墨烯相比，则外延石墨烯上的电子电子相互作用不会因SiC衬底的较大介电常数而显著降低。
2011-04-28 cond-mat.mes-hall
Increasing the Rate of Magnesium Intercalation Underneath Epitaxial Graphene on 6H-SiC(0001)
针对单层石墨烯下方Mg插层困难的问题，提出利用激光图案化石墨烯形成微米级不连续处以提升插层速率，发现速率增幅与边缘长度成正比，为快速插层其他物种修饰2D材料提供了新方法。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling doping in graphene through a SiC substrate: A first-principles study
通过掺杂控制载流子的类型和密度是发展石墨烯电子学的关键步骤。然而，石墨烯的直接掺杂是相当大的挑战。基于第一性原理计算，提出了一种通过衬底来克服石墨烯掺杂困难的概念，发现在碳化硅衬底上外延生长的石墨烯中，掺杂可以得到强烈的增强。与自支撑石墨烯相比，掺杂剂的形成能可以降低多达8eV。外延石墨烯层的载流子的类型和密度可以通过合适的掺杂剂和表面钝化来有效地控制。更重要的是，与石墨烯的直接掺杂相比，由于掺杂剂与导电沟道之间的空间分离，外延石墨烯层中的载流子被掺杂剂弱散射。最后，我们表明，类似的想法也可以用来控制磁性，例如，诱导半金属状态的外延石墨烯没有磁性杂质掺杂。
2011-07-23 cond-mat.mes-hall
Surface energy engineering of graphene
对SiC上外延石墨烯进行了接触角测量。尽管在SiC上仅存在单层外延石墨烯，但接触角从SiC衬底上的69°急剧变化到石墨烯的92°。通过对单层、双层和多层石墨烯以及高度有序热解石墨（HOPG）的测量发现，接触角不存在厚度依赖性。用氧等离子体处理石墨烯后，通过拉曼光谱研究了损伤程度，并报道了无序程度与润湿性之间的相关性。通过使用低功率氧等离子体处理，石墨烯的润湿性得到改善而没有额外的损伤，这可以解决石墨烯器件制造中涉及的粘附问题。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bilayer-induced asymmetric quantum Hall effect in epitaxial graphene
研究了量子化磁场下SiC（0001）衬底上外延石墨烯的输运性质。垂直于SiC台阶图案化的器件清楚地表现出沿衬底台阶边缘分布的双层夹杂物。我们表明，在量子霍尔制度的输运性质受到严重影响的双层夹杂物的存在下，并观察到显着偏离传统的量子霍尔特性。一个定量模型，涉及增强通道间散射介导的双层夹杂物的存在下，成功地解释了所观察到的对称性。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall
Record Maximum Oscillation Frequency in C-face Epitaxial Graphene Transistors
最大振荡频率（fmax）量化了有用电路操作的实际上限。我们在这里报告的晶体管中使用外延石墨烯生长在SiC的C面的最大频率为70 GHz。这是对在现有高频晶体管研究中使用的Si面外延石墨烯的显著改进，例证了C面外延石墨烯的优越电子学潜力。使用高κ介电T栅极和自对准触点的精心晶体管设计进一步促成了破纪录的fmax。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial electrical contact to graphene on SiC
与纳米级器件建立良好的电接触是现代技术的一个主要问题，接触2D材料也不例外。石墨烯的一维边缘接触最近被证明优于表面接触，但该方法仍然难以扩大规模。我们报告了一种无抗蚀剂和可扩展的方法，在一个单一的生长步骤中制造几个石墨烯层的电接触。该方法源于本文报道的发现，即通过在高真空中对SiC上的碳化物形成金属膜进行热退火，在金属碳化物上生长少量石墨烯层。我们利用石墨烯和金属碳化物之间的边缘接触和部分共价表面外延的组合效应来制造器件，其中观察到低接触电阻和约瑟夫森效应。实施这种方法可以显着简化大规模石墨烯电路的实现。
2017-07-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
