25.11.2015
Eine glattere Oberfläche des Substrats verbessert das Wachstum von Graphenfilmen, die zukünftig als Widerstands-Quantennormal genutzt werden sollen.
Aus atomlagendünnen Kohlenstoff-Schichten, dem sogenannten Graphen, lassen sich Quantennormale zur exakten Reproduzierung der elektrischen Widerstandseinheit Ohm herstellen. Allerdings kommt es beim epitakischen Wachstum von Graphen bei Temperaturen bis zu 1900°C zur Aufrauhung der Siliziumkarbid-Substratoberfläche mit bis zu 10 nm hohen Terrassenstufen, die sich negativ auf die Qualität des Graphens und letztlich auf die Präzisionsmessungen auswirken.
In Kooperation mit der Universität Hannover wurde nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem durch eine zusätzliche Vorbehandlung des Substrats in Argon-Atmosphäre bei niedrigeren Temperaturen von 1400°C die Aufrauhung verhindert wird. Dies kommt dadurch zustande, dass schon während der Vorbehandlung schmale Graphenstreifen an den zahlreichen unvermeidlichen, aber niedrigen Terrassenkanten entstehen, die deren Zusammenwachsen zu einer hohen Stufe verhindern. Die niedrigen atomaren Stufen von weniger als einem Nanometer Höhe haben keine Auswirkungen mehr auf die Genauigkeit der Widerstands-Messungen.
Mit dem neuen Verfahren können jetzt relativ glatte Graphenschichten reproduzierbar hergestellt werden. Einige davon werden bereits im europäischen Forschungsprojekt „GraphOhm“ verwendet. Die ausführliche Forschungsarbeit mit dem Titel „Epitaxial graphene on SiC: Modification of structural and electron transport properties by substrate pretreatment“ [1] ist kürzlich in der Fachzeitschrift “Journal of Physics: Condensed Matter“ veröffentlicht worden.
[1] M. Kruskopf et al., J. Phys.: Condens. Matter 27, 2015, 185303