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Variation des elektrischen Widerstandes von epitaktischem Graphen in Abhängigkeit von der Substratstruktur

03.12.2019

Durch Messungen auf mikroskopischer Skala konnte erstmals gezeigt werden, dass der elektrische Widerstand von auf Siliziumkarbid (SiC) gewachsenem Graphen erheblich von der Wechselwirkung mit der lokalen SiC-Kristallstruktur beeinflusst wird. Diese Ergebnisse ermöglichen zukünftig eine präzisere Kontrolle der Transporteigenschaften der atomar einlagigen Kohlenstoffschichten.

 

 

Graphen wird für Anwendungen in der elektrischen Metrologie üblicherweise durch epitaktisches, das heißt einkristallines Wachstum auf Substraten aus Siliziumkarbid (SiC) hergestellt. Eine an der PTB entwickelte spezielle Wachstumstechnik ermöglicht dabei das praktisch perfekte Wachstum einer einzelnen Atomlage Graphen über die gesamte SiC-Oberfläche.


Auch wenn das SiC-Substrat nach der Prozessierung vollständig mit einer einzelnen homogenen Atomlage Graphen bedeckt war, konnten Wissenschaftler der PTB und der Universität Göttingen noch deutliche Variationen der lokalen elektrischen Eigenschaften feststellen. So zeigte sich, dass der spezifische elektrische Widerstand um fast einen Faktor drei ändern kann, wenn das SiC-Substrat unter dem Graphen eine einzige atomare Stufe aufweist. Durch das periodische Auftreten dieser Variation konnte der Effekt auf die spezielle atomare Stapelfolge im SiC-Substrat zurückgeführt werden. Diese Arbeiten belegen erstmals den großen Einfluss des Substrats auf die lokalen Graphen-Transporteigenschaften und ermöglichen damit zukünftig eine gezielte Kontrolle dieser Eigenschaften durch gezielte Auswahl der Substratstruktur.

Schematische Darstellung einer atomar einlagigen Schicht Graphen

Bild 1: Schematische Darstellung einer atomar einlagigen Schicht Graphen: Kohlenstoffatome im zweidimensionalen hexagonalen Kristallgitter