陈钰焓 赵子强 赵云彪 陈艺 周丹晴

碳离子注入辅助在6H-SiC表面制备石墨烯

陈钰焓 赵子强†赵云彪 陈艺 周丹晴

北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室, 北京 100871; † 通信作者, E-mail: zqzhao@pku.edu.cn

为了寻找一种更便捷、更经济的在半导体 SiC 基底上直接生长石墨烯的方法, 将 5keVC 离子注入商用6H-SiC(0001)单晶, 通过拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征研究石墨烯质量和生长过程。实验中还研究了不同降温速率以及石墨舟的封闭环境对石墨烯生长的影响, 并基于 Si 原子的蒸发提出一个可能的生长机制。结果表明, 封闭的石墨舟可以有效地限制 Si 原子的蒸发, 降温速率会影响 C 原子的析出和表面自组装, 合适的降温速率可以使注入的 C 原子在表面析出, 从而直接在 6H-SiC 表面自组装形成双层至多层石墨烯。该方法能够将制备温度降至 1100℃, 制备过程不需要氢刻蚀、超高真空或特殊气氛条件, 过程简单, 降低了对仪器设备的要求。

碳离子注入; 石墨烯; SiC; 石墨舟

石墨烯是一种由碳原子以 sp2键键合的二维单层材料, 其晶格形状呈六边形, 是许多碳的同素异形体的基本组成成分。石墨烯独特的结构使其具有高电子迁移率、高透光率、高热导率和优越的机械性能[1–5]。石墨烯卓越的电子性能使其在纳米级器件领域具有广阔的发展前景, 石墨烯的制备也成为最重要的基础性课题之一[6–7]。

目前, 在石墨烯的制备方法中，应用较广泛的是化学气相沉积法。这种方法可以大规模地制备石墨烯, 但在制备时需要对石墨烯进行转移[7–8]。……