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发布日期:2021年06月19日

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使用超高温型非接触式红外线加热系统制备单晶石墨烯

 

   碳化硅热分解法是一种很有前途的制备晶片级单晶石墨烯的方法。本文讨论了利用超高温型非接触式红外线加热系统(SR1800 THERMO RIKO)(如图1)进行红外快速退火RTA制备高迁移率、高均匀性单晶石墨烯的最佳条件。午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 ,裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 ,西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减

 

1. 非接触式红外线加热系统


一、实验介绍

   利用超高温型红外线加热系统的超高速升温特性可以把样品表面的温度快速升SiC热分解的目标温度,还能保证加热面的均匀受热,防止了石墨烯的不均匀生长RTA系统在快速升温的同时能保证对温度的精确控制。


二、实验过程

   使用4H-SiC(0001)半绝缘衬底切成10mm2大小的正方形。样品用硫酸(H2SO4)和过氧化氢(H2O2)的混合物清洗。然后,使用稀氢氟酸HF去除表面氧化层。通过使用超级RTA系统SR1800 THERMO RIKO,外延生长的石墨烯层在Ar环境(100 Torr)中进行高温退火。图1显示了本实验的退火过程。样品在5min内从室温迅速升到1200℃,在1200℃下保温1min进行脱气,然后将样品迅速升到1600~午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 ,裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 ,西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 1700,以防止表面形貌发生变化。


图2.实验退火过程

 

   样品在(1600~1700℃)的目标分解温度下保持0~10min使用SPA400拍摄的SPM图像确定石墨烯层数。用范德波法测量了移动率和载流子密度。


结果和讨论

3.1 对时间的依赖性

   图3(a)-3 (f)显示了在不同退火时间下,石墨烯在午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 ,裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 ,西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 1600生长的SPM图像

3.石墨烯在1600℃生长的SPM图像(a)(b)退火时间为0min,(c)(d)退火时间为5min(e)(f)退火时间为10min(a)(c)(e)显示形貌图像(b)(d)(f)显示相位图像。


   图4显示了1600 退火时样品的有效石墨烯厚度与退火时间的关系。有效石墨烯厚度通过午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 午夜非会员试看60秒在线观看 午夜非会员试看60秒无删减 ,裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 裸男洗澡图片无遮挡在线观看 裸男洗澡图片无遮挡无删减 ,西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 西西人体系艺人图片在线观看 西西人体系艺人图片无删减 SPM相位图像对比度的面积比计算。退火时间为0 min时,有效厚度为0.82层。5min时,有效厚度达到一层。退火时间延长到10min,石墨烯层略厚,厚度为1.03层。

   图5显示了样品在1600℃下,不同退火时间与迁移率和载流子密度的关系。

   在短退火时间内,石墨烯的覆盖程度对迁移率有很大影响。退火时间越长,载流子密度越大,载流子迁移率越低。

       

3.2 温度的依赖性

   图6(a)~6(f)显示了在不同温度下退火5分钟样品的SPM图像。

6.退火石墨烯生长的SPM图像(a)(b)退火温度为1600℃(c)(d)退火温度为1620℃(e)(f)中的退火温度为1650°C(g)(h)中的退火温度1700℃(a)(c)(e)(g)显示形貌图像(b)(d)(f)(h)为相位图像。


    图7显示了电学性质对用范德波法获得的退火温度的依赖关系。

    图8显示了作为平均步长高度的函数的薄板载流子密度。

    图9显示了迁移率作为一个函数的薄片载流子密度。


总结

我们发现石墨烯在碳化硅上的表面结构可以在RTA系统中得到精确控制。

1)1600℃时,退火时间变化范围为0~10 min,其中在3min时迁移率最大。随着退火时间的进一步增加,迁移率下降。

2)1600~1700℃温度下退火5min。结果显示,最佳退火条件为(1620 , 5分钟),单层石墨烯覆盖整个样品表面,并且结构完整。


摘自:Epitaxial graphene on SiC formed by the surface structure control technique

作者:Takuya Aritsuki*, Takeshi Nakashima, Keisuke Kobayashi, Yasuhide Ohno, and Masao Nagase.Tokushima University, Tokushima 770-8506, Japan