SiC {0001} 面C面与Si面上石墨烯形成的比较
材料科学
2015-05-20 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
通过原子力显微镜和低能电子显微镜，我们研究了在超高真空或氩气环境中退火时，在SiC的(000-1)面（C面）和(0001)面（Si面）上形成的石墨烯的形貌。石墨烯的形成是由于硅从表面优先升华。在真空中，C面的这种升华速度比Si面快得多，因此C面需要比Si面低150 C的退火温度才能获得相当厚度的薄膜。我们考察了形貌随石墨烯厚度的演变，揭示了C面和Si面之间的显著差异。在1320 C附近退火时，Si面上形成了约2单层（ML）厚度的石墨烯薄膜，而C面上发现了16 ML。在这两种情况下，表面都形成了台阶聚束。对于Si面，在台阶聚束之间的区域观察到了石墨烯的逐层生长。在1170 C下，对于C面，发现了一种更具三维特征的生长。此时的平均厚度约为4 ML，但整个表面的局部厚度变化很大（2 - 7 ML）。发现等厚域的空间排列与表面上的台阶聚束相关，这些台阶聚束的形成方式比在1320 C时更为受限。本文论证了这些域在某种程度上是断开的，因此不存在使薄膜平面化的强驱动力。在1个大气压的氩气环境中，允许更高的生长温度，发现Si面的石墨烯形貌变得更像逐层生长，即使石墨烯厚度低至1 ML也是如此。然而，对于C面，形貌变得差得多，表面显示出明显的石墨烯非均匀成核。结果表明这些表面被意外氧化，这解释了非均匀生长的原因。
引用
@article{arxiv.1011.2510,
title = {Comparison of Graphene Formation on C-face and Si-face SiC {0001} Surfaces},
author = {Luxmi and N. Srivastava and Guowei He and R. M. Feenstra},
journal= {arXiv preprint arXiv:1011.2510},
year = {2015}
}
备注
To appear in Phys. Rev. B. Revised version corrects Ref. 33 and make a few other minor typographical corrections