远程氢等离子体中石墨与石墨烯的各向异性刻蚀
介观与纳米尺度物理
2017-10-16 v1
摘要
我们研究了纯氢等离子体对石墨样品以及位于 SiO 和六方氮化硼(hBN)衬底上的石墨烯薄片的刻蚀。石墨暴露实验的压力和距离依赖性揭示了两种不同等离子体状态的存在：直接等离子体状态和远程等离子体状态。直接暴露于氢等离子体的石墨表面呈现出大量不同尺寸和深度的蚀坑，表明在整个刻蚀过程中持续产生缺陷。相反，在远程等离子体状态（样品位于发光等离子体下游之外）中，观察到各向异性刻蚀，其仅从预先存在的缺陷和边缘开始形成规则且对称的六边形。该状态可能在狭窄的参数窗口内实现，其中本质上所有离子已复合，但执行各向异性刻蚀的 H 自由基通量仍然存在。在所需的工艺压力下，自由基只能在表面复合，而不能在气体本身中复合。因此，管材料需要表现出足够低的 H 自由基复合系数，石英或派热克斯玻璃即如此。在远程状态下，我们研究了 SiO 和 hBN 衬底上单层与双层石墨烯的刻蚀。我们发现 SiO 上的单层石墨烯呈各向同性刻蚀，而在 hBN 衬底上的石墨烯观察到高度各向异性刻蚀。对于双层石墨烯，在两种衬底上均观察到各向异性刻蚀。最后，我们展示了利用人工缺陷创建具有洁净晶体学边缘的明确石墨烯纳米结构。
引用
@article{arxiv.1703.04762,
title = {Anisotropic Etching of Graphite and Graphene in a Remote Hydrogen Plasma},
author = {Dorothee Hug and Simon Zihlmann and Mirko K. Rehmann and Yemliha B. Kalyoncu and Timothy N. Camenzind and Laurent Marot and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Dominik M. Zumbühl},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.04762},
year = {2017}
}
备注
7 pages, 4 color figures