半导体上石墨烯的低温生长

迄今为止，石墨烯的工业化实现一直受到以下挑战的限制：在合适衬底上制造石墨烯所需的质量、可重复性和高工艺温度。我们证明了外延石墨烯可以生长在经过渡金属处理的 6H-SiC(0001) 表面上，石墨化起始于约 $450-500^\circ\text{C}$。通过 SiC 与 Fe 或 Ru 薄膜之间的化学反应，$\text{sp}^{3}$ 碳从 SiC 晶体中释放并在表面转化为 $\text{sp}^{2}$ 碳。利用角分辨光电子能谱和低能电子衍射证明了石墨烯的质量。此外，分别利用角分辨吸收光谱和能量依赖光电子能谱验证了石墨烯层相对于 SiC 衬底的取向和位置。通过随后在更高温度下的热处理，实现了金属层向体相 SiC 的可控扩散。其结果是在磁性硅化物上或可选地直接在半导体上支撑的石墨烯，其温度非常适合进一步大规模加工成基于石墨烯的器件结构。