Epitaxial multilayers as substrates for the large area growth of graphene: Metal/YSZ/Si(111) and Diamond/Ir/YSZ/Si(111)

• Antragsteller: Dr. Matthias Schreck
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172854560

Ziel des Projekts ist die Erforschung von Konzepten zur kontrollierten Synthese von Graphen auf Substraten, die ein realistisches Potential für eine Hochskalierung auf Waferdimensionen besitzen. Zentrale Komponente bei diesen Arbeiten sind einkristalline Metallschichten, die mittels Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid auf Si(111) gewachsen werden. Metalle der Platingruppe wie Ir, Rh oder Ru sind exzellente Substrate für das Graphenwachstum mittels Chemischer Gasphasenabscheidung (CVD). Ni, Cu und CuxNiy bieten den zusätzlichen Vorteil, dass sie mit vergleichsweisen milden Reagenzien geätzt werden können, die das Graphen intakt lassen. Ein Schwerpunkt der Arbeit bildet die Präparation der erforderlichen zwillingsfreien Metallschichten in Einkristallqualität mit minimaler Mosaikbreite und möglichst geringer Oberflächenrauigkeit auf 4-Zoll Si-Scheiben. Multischichtstrukturen wie Ir/YSZ/Si sind stabil in CVD-Prozessen bis über 1000°C. Für Metalle wie Kupfer, die hinsichtlich des späteren Transfers der Schichten besonders geeignet scheinen, ist es notwendig Strategien zu entwickeln, um ein Ablösen bei den für das Wachstum defektarmer Graphenschichten notwendigen hohen Prozesstemperaturen zu verhindern. Das Graphenwachstum auf den Metallfilmen wird in Augsburg sowie im Rahmen einer Reihe von Kooperationen studiert. Als Erweiterung zu den bisherigen Plänen ist vorgesehen, off-axis Metall- und Diamantschichten einzusetzen, um über selbstorganisierte Stufenstrukturen eine streifenförmige Strukturierung der Graphenlagen zu erzielen.Für den Transfer des Graphens von der Metalloberfläche zu einer isolierenden Unterlage sollen drei unterschiedliche Konzepte untersucht werden. Diese umfassen chemisches und Ionenstrahlätzen des Metalls bzw. des gesamten Substratverbunds sowie mechanisches Ablösen. Mittels Mikro-Raman-Spektroskopie und LEED wird die strukturelle Qualität der übertragenen Schichten vermessen. Die Ergebnisse der Wachstumsstudien sollen auf eine neue CVD-Anlage übertragen werden, die die Prozessierung von kompletten 4-Zoll-Wafern erlaubt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene
• Großgeräte: Large area deposition chamber