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Graphen-Schichten mit isotropem elektrischen Widerstand

27.11.2017

Erstmals wurden Graphen-Schichten auf SiC-Substraten epitaktisch hergestellt, die in richtungsabhängigen Messungen nahezu gleiche Widerstandswerte für alle Kristallrichtungen liefern.  Eine verbleibende Anisotropie von ca. 3% ist auf die unvermeidlichen Terrassenstufen der Substratoberfläche zurückzuführen. Mit diesem Wert ist somit die untere Grenze für epitaktisches Graphen erreicht worden.

 

 

Üblicherweise findet man in epitaktischem Graphen Widerstands-Anisotropien von bis zu 70%, was sich negativ auf die Funktionalität von Quanten-Hall- und anderen elektronischen Bauelementen auswirkt. Zurückzuführen ist dies auf hohe Terrassenstufen auf dem SiC-Substrat, die die Entstehung von Mehrlagen-Graphen begünstigen.

Durch das neue Herstellungsverfahren (Polymer-assistiertes Sublimations-Wachstum) wird erreicht, dass die Substrat-Oberfläche auch bei den hohen Prozess-Temperaturen von bis zu 1800°C glatt bleibt. Das Ergebnis ist eine Graphenschicht aus einer Lage Kohlenstoff, die auf einem SiC-Substrat liegt, das lediglich monoatomare Stufen von typischerweise einem halben Nanometer Höhe aufweist.

Für die Darstellung der Widerstandseinheit mittels des Quanten-Hall-Effektes in Graphen sind das ideale Voraussetzungen. Die Untersuchungen wurden in Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen der Universitäten Hannover und Göttingen durchgeführt und sollen demnächst veröffentlicht werden.

Schematische Darstellung Graphen-Monolage

Bild 1: Graphen-Monolage auf einem SiC Substrat (schematische Darstellung).