(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳｉＣの表面を含む基板上でのエピタキシ法によるグラフェンの製造方法を提供する。【解決手段】ＳｉＣの表面からなる基板３上にエピタキシ法によりグラフェンを製造するにあたり、基板３からのシリコンの昇華９の過程がエピタキシャル反応器を通して不活性ガスや不活性ガス以外のガスの流れによって制御されること。【選択図】図３Ｂ
2011256100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
SiCの表面からなる基板上にエピタキシ法によりグラフェンを製造するにあたり、基板（3）からのシリコンの昇華の過程がエピタキシャル反応器を通して不活性ガス（10）や不活性ガス以外のガス（12）の流れによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
不活性ガス（10）の流量が6  l/minから70  l/minまで、好ましくは18  ｌ/minから26  l/minまで変化することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
不活性ガス（10）の流量が6l/minよりも低いことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項４】
最初は不活性ガス（10）流量が、6 l / minから70 l / min、好ましくは18  l/minから26  l/minまで変化し、その後不活性ガス（10）の流量は6  l/minより低い値に低下させることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
エピタキシーに先立ち、１４００℃〜２０００℃、好ましくは１４００℃〜１７００℃に変化する温度で、エッチングを行うことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
エッチングが10mbarから1000mbarまで、好ましくは50mbarから100mbarまで変化する圧力で行われることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項７】
エッチングが水素を含むガス雰囲気中で行われることを特徴とする請求項5または6に記載の方法。
【請求項８】
雰囲気がさらにプロパン、シラン、それらの混合物または他の炭化水素を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項９】
エッチングが5   l/minから90   l/minまで、好ましくは70  l/minから90  l/minまで変化するガスの流量値において行われることを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
【請求項１０】
エッチングがシランを含む雰囲気中で行われ、シランガスの流量値が1ml/minから100ml/minまで、好ましくは5ml/minから10ml/minまで変化することを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項１１】
エッチングがプロパンガス(12)を含む雰囲気中で行われ、プロパン（12）の流量が1ml/minから100ml/minまで、好ましくは5ml/minから10ml/minまで変化することを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
基板（3）がSiCの基板であって、次のポリタイプ、4H - SiC、6H - SiC、3C - SiC、のいずれか一つを有することを特徴とする請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
エピタキシーがSiの極性を有する基板（3）の側で実行されることを特徴としている請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性ガス（10）が希ガス、好ましくはアルゴンであることを特徴とする前記請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記不活性ガス（10）がアルゴンであり、そのアルゴン（10）の圧力が10-4mbarから大気圧まで変化することを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記不活性ガス（10）がアルゴンであり、当該基板（3）がSiCの基板であり、1100℃以上の温度に保持され、そして反応器内でのアルゴン（10）の圧力と反応器を通ったアルゴン（10）の流速との積が停滞するアルゴン層が、シリコンの昇華（9）を防止し、当該基板（3）の表面上に作成されるように調整することを特徴とする前記請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記請求項１〜１６のいずれかに記載の方法によって得られるグラフェン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラフェンの製造方法に関する。より具体的には、本発明は、気相エピタキシー法によりグラフェンを得る方法およびそのようなプロセスでの、成長及び核生成を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは、単位セルごとに2つの原子を有する、蜂の巣に似た六角形の格子上に配列された炭素原子の平らな二次元シートである[K.S.Novoselov等著、Science 306666（2004）、A.K. Geim、K.S. Novoselov著Nat.Mat. 6（2007）183、Y.B.Zhang、Y.W.Tan、H.L.Stormer及びP.Kim著Nature 438、201（2005）参照]。炭素原子がsp2混成状態にあり、それらの各々は、シグマのタイプの結合によって他の3つの炭素原子に付加されている。グラフェンの電子構造は、通常の三次元物質とはかなり異なっている。そのフェルミ面は、6つのダブルコーンが特徴である。固有の（アンドープ）グラフェンではフェルミ準位は、これらの錐体の接続点に位置している。物質の状態密度は、その地点でゼロなので、固有のグラフェンの電気伝導度はかなり低い。フェルミ準位は、電界により変化させることができ、材料は、電界の極性に依存してn -ドープ（電子を伴い）またはp -ドープ（正孔を伴い）になる。
【０００３】
フェルミレベルの近傍では、電子と正孔の分散関係は線形である。有効質量がエネルギーバンドの曲率によって与えられるので、これは有効質量ゼロに相当する。グラフェンでの励起を表す方程式には一定の速度で走行する質量ゼロのフェルミオンのためのディラック方程式と形式的に同じである。コーンの接続ポイントは、したがって、ディラックポイントと呼ばれる。
近年で行われた数々の実験では、グラフェン中の電子はディラックフェルミオンのように振る舞うことが確認され、異常量子ホール効果によって特徴づけられ、グラフェン中の輸送は、弾道性質である[MLSadowski、G.Martinez、M. Potemski、C.Berger、及びW.A. de Heer著Phys.Rev.Lett. 97、266405（2006）、DLMiller、K.D.Kubista、G.M.Rutter等著、Science 324、924（2009）参照]。グラフェンの優れた電子特性とその高い化学的安定性が将来の電子デバイスのための特に魅力的な候補になっている[ NovoselovK.S.、Geim A.K.著Nature Materials 6、183（2007）参照]。グラフェンのキャリア移動度はかなり高く、200000cm2/Vsまで達し、シリコントランジスタの場合に比べ1桁以上のオーダーである[Lin Y.M.TOU等著、Science 327、662（2010）参照]。これは、数μmのオーダーの距離以上の弾道輸送を確保する。加えて、電流密度は銅のそれよりも１００倍以上（108 A/cm2）である[M.wilson著Phys.Today、P.21（Jan.2006）参照]。
【０００４】
グラフェンは、いくつかの方法によって得ることができる。K.S.NovoselovとA.K.Geimによって開発された最初のものは、グラフェンの単層が得られるまではスコッチテープのストリップにより機械的に剥離されるバルクグラファイトである。生成されたフレークは、卓越した高キャリア移動度を示した。この方法は、グラフェンの小さなサイズのサンプル、（数百から数千平方マイクロメートル）と非効率的なフレークの選択プロセスとなるので、大量生産のための実用的な方法ではなかった。
【０００５】
W.de  Heer, i.CBergerによって考案された第二の方法[C.Berger、Z.Song、T.Li、X.Li等著、J.Phys.Chem。、B 108、19912（2004）、W.A.de Heer、C. Berger、X. Wuら著  Solid State  Commun 143、92（2007）、K. V.Emtsev等著Nat.Mater. 8,203（2009）参照]は以前の報告[A.J.Van  Bommel、J.E.Crombeen及びA.Van Tooren著Surf,Sci. 48、463（1975）、I. Forbeaux、J.-M. Themlin及びJ.-M. Debever著 PHYSICAL REVIEW B VOLUME 58、NUMBER 24（1998）参照]に基いて改良され、シリコンカーバイド表面の黒鉛化では、11000℃以上に達する高温でのシリコン昇華の結果として、真空条件でSiC表面に薄い炭素層を得ることからなる。このような温度では、シリコンは、表面から蒸発し、炭素リッチとなる。表面上に存在する炭素は、さらに1つまたは2つの原子層の形でさえ安定である。これは炭素原子の層数十からなる厚さを持つグラフェンが得られる方法である。グラフェンの成長率は、SiCの昇華中に生成される、反応室内のシリコンの初期分圧の生産、およびそれに続く平衡に近い条件下での処理により制御される。 [KVEmtsevら著Nat.Mater 8、203（2009）、W. Strupinskiら著Mater, Science Forum Vols、615-617（2009）参照]で提案された種々の方法は減圧または大気圧下でアルゴン雰囲気下でグラフェンの成長を可能にする。圧力（100mbarから1barまで）とプロセスの温度（1100 ℃-1800℃まで）を調整することで、グラフェン成長率を制御する。記載の方法は、現在最も広く使用されているものであるが、この方法の欠点は真空条件におけるSiの平衡圧を得ることが困難で、産業上の利用が制限されるだけでなく、及びシリコンの昇華が発生する、SiC基板の品質へのグラフェン品質の依存性を含み、 これらはグラフェンのパラメータでの不均一性（inhomogenities）につながる。
【０００６】
また、別の方法は、ニッケル、タングステンや銅などの金属表面上で炭素原子の層を堆積させることである。薄膜を堆積させるために一般的に公知のCVD（化学蒸着）技術が適用される。炭素源は、メタン、プロパン、アセチレン、ベンゼンなどを含み、そのすべてが高温で分解される。解離した炭素は金属基板上に堆積する。電子出願申請では、その後の不可欠のステップで、導電性の金属からグラフェンを切り離し（化学試薬で金属を溶解することによって）、絶縁基板上に配置している[Kim,KSら著Nature 2009、457、Reina.A.ら著、J.Nano Lett   2009年9参照]。グラフェンの再配置方法は、工業的実施を妨げる重大な制約があり、しかも再配置時に、グラフェンは、より小さな部分に割れる。それとは別に、炭化ケイ素の表面と比較すると、金属表面は、十分に滑らかでない。
【０００７】
また、グラフェン酸化物の化学的還元からグラフェンを得る２つの方法がある[Park,S. Ruoff,R.S.著Nat. Nanotechnol. 2009年4、217-224、Paredes,J.I.;Villar-Rodil,S.等著、Langmuir 2009 25（10）、5957-5968参照]及び溶剤へのグラファイトの溶解法がある[Blake, P.Brimicombe, P.D. Nair等著Nano Lett. 2008 8（6）、1704-1708、Hernandez, Y.Nicolosi, V.Lotya等著J.N. Nat.Nanotechnol 2008, 3, 563-568参照]。薄いフレークの形で炭素の固相抽出の蒸発が続く。しかし、これらの方法により得られたグラフェンは、特に低品質である。
【０００８】
炭素（CVD）のエピタキシの場合、SiC（炭化ケイ素）基板は、ニーズに応じて、高抵抗（半絶縁性）または低抵抗のどちらかによって特徴づけられ、電子的適用に魅力的であり、適している（グラフェン層を伴う導電性金属基板は、例えばトランジスタの製造を不可能にしている）。 CVDプロセスは高温を必要とし、比較的低い範囲は、ガス状の炭素前駆体（1000℃程度）の熱分解の温度によって制限されるが、必要な構造的な品質のグラフェンの成長は1500から1800℃までの範囲の温度で行われる必要がある。その温度は、SiC基板の分解に繋がり、言い方を変えると、シリコン昇華につながり、エピタキシ法の観点からは得策でない。エピタキシャル成長の温度が達成される前に、Siの昇華によるグラフェン成長が（約1300 o Cから）起こるからである。したがって、グラフェンのパラメータの最も重要な最初の炭素原子の層は、CVDエピタキシではなく、一般に知られているシリコンの蒸着により形成される。また、CVDエピタキシャル成長が終了した後に、制御されていない昇華が起こると、連続して炭素層の望ましくない成長を引き起こす。従って、本発明の目的は、気相成長（CVD）によってグラフェンを製造する方法を提案することで、そこではSiC基板は、基板からシリコン昇華のプロセスを制御するので使用されるのがよい。また、本発明は、この基板から制御されたシリコンの昇華によるSiC基板上にグラフェン核の成長させ、そして所定のジオメトリ（島）で得られる核上にエピタキシャルグラフェン層の堆積を促進することを目的とする。グラフェン製造にCVDエピタキシ法を適用することにより、SiC基板のC面（000-1）上だけでなく、シリコン昇華の場合には達成できないSi面上にも厚いターボ状態（turbostatic）のグラフェンの層の成長が可能となる。さらに、CVDエピタキシャル成長を阻害し、化学反応性ドーパントを組み込むことにより、グラフェンの電子構造（フェルミ準位とディラックポイントのエネルギー分離）の修正が可能になる。しかしながら、グラフェン成長の阻止に昇華またはエッチングの制御されないプロセスが続かないことは非常に重要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】K.S.Novoselov等著、Science 306666（2004）
【非特許文献２】A.K. Geim、K.S. Novoselov著Nat.Mat. 6（2007）183
【非特許文献３】Y.B.Zhang、Y.W.Tan、H.L.Stormer及びP.Kim著Nature 438、201（2005）
【非特許文献４】MLSadowski、G.Martinez、M. Potemski、C.Berger、及びW.A. de Heer著Phys.Rev.Lett. 97、266405（2006)
【非特許文献５】DLMiller、K.D.Kubista、G.M.Rutter等著、Science 324、924（2009）
【非特許文献６】NovoselovK.S.、Geim A.K.著Nature Materials 6、183（2007）
【非特許文献７】Lin Y.M.等著、Science 327、662（2010）
【非特許文献８】M.wilson著Phys.Today、P.21（Jan.2006）
【非特許文献９】C.Berger、Z.Song、T.Li、X.Li等著、J.Phys.Chem。、B 108、19912（2004）
【非特許文献１０】W.A.de Heer、C. Berger、X. Wu等著  Solid State  Commun 143、92（2007）
【非特許文献１１】A.J.Van  Bommel、J.E.Crombeen及びA.Van Tooren著Surf,Sci. 48、463（1975）
【非特許文献１２】I. Forbeaux、J.-M. Themlin及びJ.-M. Debever著 PHYSICAL REVIEW B VOLUME 58、NUMBER 24（1998)
【非特許文献１３】K.V.Emtsev等著Nat.Mater 8、203（2009）
【非特許文献１４】W. Strupinski等著Mater, Science Forum Vols、615-617（2009）
【非特許文献１５】Park,S. Ruoff,R.S.著Nat. Nanotechnol. 2009年4、217-224
【非特許文献１６】Paredes,J.I.;Villar-Rodil,S.等著、Langmuir 2009 25（10）、5957-5968
【非特許文献１７】Blake, P.Brimicombe, P.D. Nair等著Nano Lett. 2008 8（6）、1704-1708
【非特許文献１８】Hernandez, Y.Nicolosi, V.Lotya等著J.N. Nat.Nanotechnol 2008, 3, 563-568
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明によれば、SiCの表面を含む基板上に、その気相成長法によってグラフェンを得る方法は、基板からシリコン昇華のプロセスがエピタキシャル反応器を介して不活性ガスまたはそれ以外のガスの流れによって制御されていることを特徴とする。より具体的には、SiC基板ウエハの表面上に流れる気体分子の線形速度で制御される。これは、単一の炭素層の堆積を可能にする。
【００１１】
好ましくは、ガス流量は6リットル/分-70リットル/分以上、さらに好ましくは18リットル/分-26リットル/ minにまで変化する。反応器を通って流れるガスの平均線速度は、3 cm / sよりも高いかまたはこの特定の反応器に特徴的な値よりも高い必要がある。
【００１２】
他の好ましい実施形態では、ガス流量は、完全に基板からシリコンの昇華を防ぐ6リットル/分より低い。反応器を通って流れるガスの平均線速度は、3 cm /秒またはこの特定の反応器のための値の特性より低くなる必要がある。
【００１３】
本発明の一実施形態では、最初に不活性ガスの流量は、6リットル/ 70リットル/分の範囲で使用され、より好ましくは18リットル/分-26リットル/分の範囲で使用され、基板からの制御されたシリコンの昇華の過程において、SiC基板の表面上にグラフェン核の形成を可能にする。その後、不活性ガスの流量を6l/min未満に減少させ、シリコンの昇華を防止し、得られた核上に気相エピタキシを行わせる。不活性ガス以外のガスを使用する場合は、昇華速度は、ウエハ表面上に出現する炭素層によってガスの反応速度を支配する必要がある。
【００１４】
前述の流量、すなわち特定のエピタキシャル反応器、ドイツAixtron社製VP508システムで調整した。 26リットル/ minのガス流量は、（成長のプロセスに影響を与えずに）増加させることができたが、これは上記デバイスの流量計の範囲の上限値である。異なるジオメトリを持つ反応器では、流量率が異なるので、当業者に周知の原則に従って実験的に選択される必要がある。量子現象を含め、反応器を通るガスの流れのシミュレーション結果を使用することもできる。実験的な検証が必要である。
【００１５】
好ましくは、エピタキシー前に1400℃から2000℃までの温度で、より好ましくは1400℃から1700℃までの温度で基板エッチングを先行させる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、エッチングは１0mbarから1000mbarに、さらにより好ましくは、50mbarから100mbarの圧力で行われる。
【００１７】
エッチングはまた、より高い圧力で行うことができるが、エピタキシーを実行するためにエッチング後に圧力を減少させる必要があるので、そうする必要はない。より高い圧力でのエッチングが高い品質となるということは見出されていない。
【００１８】
好ましくは、エッチングは水素を含むガス雰囲気中で行われる。さらに好ましくは、雰囲気はさらにプロパン、シラン、それらの混合物または他の炭化水素に含むのがよい。
【００１９】
好ましくは、エッチングは、3リットル/分-90リットル/分、さらに好ましくは70リットル/分-90リットル/分のガス流量で行われる。
【００２０】
本発明によれば、エッチングが水素を含む雰囲気で行われる場合、使用される水素流量は70リットル/分から90リットル/分が好ましく、エッチングが、シランが含まれている雰囲気の中で実行されるという場合、使用するシランの流量は1ml/minから100ml/min 、好ましくは5ml/minから10ml/minで行われる。エッチングがプロパンを含む雰囲気で行われるという場合、使用されるプロパンの流量は1ml/minから100ml/min 、好ましくは5ml/minから10ml/minである。
【００２１】
好ましくは、以下のポリタイプの一つを有するSiCの基板が使用される：4H - SiC、6H - SiCや3C - SiC。
【００２２】
好ましくは、エピタキシーは、Siの極性を有する基板の側で実行される。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態では不活性ガスは希ガスで、さらに好ましくはアルゴンである。
【００２４】
不活性ガスがアルゴンである場合、好ましいアルゴンの圧力は10 - 4mbarから大気圧である。
【００２５】
アルゴンは、本発明に係る方法では最適であり、残りの不活性ガスもエピタキシーに適しているが、実際には、高価格で、これらのガスおよび浄化装置の使用が制限的であるので、稀に使用されるに過ぎない。アルゴン以外の不活性ガスの使用は、アルゴンと違うガス分子質量のため、前述したように流量の変化を必要とする。プロセスパラメータが、エッチング上に炭素層の製造の過程を支配する場合は、水素などの非不活性ガスを、使用することができる。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態では、不活性ガスはアルゴン、SiCの基板を1100℃以上の温度に保持し、反応器を通って反応器内のアルゴンの圧力とアルゴンの流量の積は停滞するアルゴン層と十分に低い線速度で連続するアルゴン層とが、シリコンの昇華を防止しつつ、基板表面に形成され、SiC基板の表面からシリコン昇華をブロックするように調整される。
【００２７】
また、本発明は、上記の方法で得られたグラフェンを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を実施するために使用される炭化ケイ素エピタキシ用の商用装置を示す。装置（モデルVP508）はドイツAixtron  AG社製である。
【図２】本発明を実施するために使用されるAixtron社VP508システムの反応室の概略図を示す。
【図３Ａ】SiC基板の表面からシリコン昇華の制御機構とプロパンCVD法によるグラフェン堆積メカニズムを示す図である。
【図３Ｂ】SiC基板の表面からシリコン昇華の制御機構とプロパンCVD法によるグラフェン堆積メカニズムにおける図３Ａに続く工程を示す図である。
【図３Ｃ】SiC基板の表面からシリコン昇華の制御機構とプロパンCVD法によるグラフェン堆積メカニズムにおける図３Ｂに続く工程を示す図である。を示す。
【図３Ｄ】SiC基板の表面からシリコン昇華の制御機構とプロパンCVD法によるグラフェン堆積メカニズムにおける図３Ｃに続く工程を示す図である。  ＞
【図３Ｅ】SiC基板の表面からシリコン昇華の制御機構とプロパンCVD法によるグラフェン堆積メカニズムにおける図３Ｄに続く工程を示す図である。
【図４】A）は実施例４で得られたSiC表面上の薄いグラフェン層を示すトンネル顕微鏡写真、B）は実施例４で得られたSiC表面上の薄いグラフェン層を示すラマン分光結果の写真を示す図である。
【図５】分離されたグラフェンの島（アイランド）のトンネル顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を、添付の図面を参照して、好ましい実施態様でより詳細に説明する。
〔実施例１〕
商用VP508反応器（図1）と、4H - SiC、6H - SiC又は3C - SiCのポリタイプの市販炭化ケイ素で、方向（0001）または（000-1）を有する基板を使用してCVDでグラフェンエピタキシーを実行した。Ｃｒｅｅ社（USA）およびSiCrystal社（ドイツ）などのメーカーから入手可能な0から8度のオフカット角度を有する基板も採用された。基板の表面（いわゆる"エピレデイ"と呼ばれる）は事前にメーカーによるSiCエピタキシーのために調製されている。さらに、適切なグラフェンが成長する前に、基板は、1600℃、100mbaにおいて水素及びプロパン又はシランの混合物でエピタキシャル反応器内でエッチングされた。水素流量は5−10ml/minの範囲のプロパン/シラン流量に対し、60リットル/分であった。使用されるヒーターに応じて、基板のサイズは異なり、 10mm x 10mm大の正方形の試料から2または3インチから100ｍｍの直径ウェーハに至る。
アニールする場合は、反応器（図２）に入れたSiC基板3は、熱分解を（表面からシリコン昇華）を受ける。水素雰囲気中でアニールが行われる場合、表面に形成される炭素は、水素と反応してその結果として、連続してSiC層はエッチングされる。水素をアルゴンで交換するかまたは真空を使用すると、基板上に炭素層が形成される。続くSiCの原子層（図3A）の熱分解に起因するものである。シリコン昇華効率が成長すると、温度の上昇と圧力の低下を伴う。炭素原子の適切な再構築の結果として、その後のグラフェンの層が表面に得られる。適用されるアルゴン10の流量は10 - 4mbarから大気圧まで変化する。基板3上のアルゴン分子の線速度が十分に高い場合は、流れるガスは昇華9を阻害しない。速度が臨界値以下に減少し、速度が反応器内の圧力およびL / minで表現される反応器内の流量の積であると、アルゴンのいわゆる"停滞層"が基板3の表面上に作成される。基板3から始まる連続した層は、増加の速度で移動する。ガス層の、圧力と流量に依存する速度は、表面から周囲の雰囲気へのシリコン昇華を抑制する（図3B）。反応器の特定の形状においては、流量と圧力の積、停滞層の形成のプロセスの特性、基板から始まる連続する層のガス速度の減少は異なるものになるので、実験的に調整される。 VP508反応器の場合には、アルゴン10の流量6  l/minと圧力100mbarが、完全に昇華9を阻害するために使用された。アルゴン10の流れを26リットル/分（VP508用）に増加させる場合、停滞層の厚さは減少し、再びシリコン昇華9を可能にする（図3C）（その後のガスの層の速度は、最初の停滞層が基板３に接触することから始まり、増加する）。そのため、アルゴン10の流量を調整して、それによってSiの昇華9を阻害するガス層を調整する（昇華を開始/停止するための典型的な速度よりも高いまたは低い速度の原子ガス層の数）。それによって、昇華９の効率を調整するが、反応器内で最も効率的な温度と圧力から開始し、昇華9が完全にブロックされるまで、継続する。それは正確に制御された方法で昇華することによってグラフェン層を得ることができる方法である。図 4は、トンネル顕微鏡の画像（A）とラマン分光法（B）による測定の結果を示し、SiC表面上に薄いグラフェン層が得られたことを証明する。グラフェンの厚さは、エリプソメトリーによって決定した。7原子炭素の層であることが判明した。
〔実施例２〕
【００３０】
実施例１に記載の方法と同様にして行った。唯一の違いは100mbarの圧力と26リットル/分のアルゴン流量で10秒または流量20リットル/分で4分で、昇華は非常に短期間実行され、それにより、炭素11の小さなオブジェクト（島：アイランド）の成長は適切な短い時間内で昇華を開始することで、SiC基板3の表面に誘導された（図3D）。炭素の島11は、オプションで昇華によって得られた核として、その後のグラフェンの成長のために使用することができる。図 5は、分離されたグラフェン島を示すトンネル顕微鏡像を示す。
〔実施例３〕
【００３１】
実施例１に記載の方法と同様にして行った。違いは低いアルゴン10の流量（6リットル/分、100mbarの圧力）でエッチングした後、基板表面からシリコン昇華させないことである。グラフェンの成長は、CVDプロセスの結果として実行され、反応器に、プロパン12を2ml/min導入した（図3E）。このような条件の下でシリコン昇華は阻害されるが、プロパン１２の分子は基板3の表面にガスをゆっくりシフトする層または停滞する層を介して基板３の表面に拡散する。その結果、制御された厚さのグラフェン層が昇華を受けていないSiC表面上に堆積される。コントロールは、反応器を通るプロパンの流れる時間と流量を調整することによって得られる。プロパン12を切断すると、堆積が終了する。グラフェンの成長を、(0001）および（000-1）面を有するSiC基板3上で行った。得られたグラフェンは、昇華によって得られたグラフェンのそれと同様のパラメータによって特徴付けられるが、電荷キャリアの高い移動度を示す。エリプソメトリによって測定されたグラフェン厚さは1−100（およびそれ以上）の炭素原子層の範囲に制御することができる。
〔実施例４〕
【００３２】
手順は、実施例２に記載の方法と同様にして行った。違いは、分離されたグラフェンの島11を得た後、昇華はアルゴン10の流量を6リットル/分に減少させて停止し、実施例３のＣＶＤによるグラフェン成長を、前もって得られる島11をCVD法によって成長の核として使い、開始した。このケースでは、初期段階（1-2原子層）では、成長は横方向である。この方法は、取得したグラフェンの質を高めることを目的としている。にもかかわらず、現在利用可能な特性評価方法に基づくと、グラフェンの欠陥の低減に関する昇華核の影響を判断するのはまだ難しい状態にある。
〔実施例５〕
【００３３】
手順は、実施例２に記載の方法と同様にして行った。違いは、グラフェン堆積前に、SiC基板3上にSiCエピタキシーが表面形態の質を高めるために実行されたことである。グラフェンは、このように修正された基板上に堆積された。品質と優れた均一性の著しい向上が達成された。それにもかかわらず、この方法の主な利点は、グラフェン成長過程での基板3の品質の影響の顕著な減少である。高いプロセスの再現性が得られた。グラフェン品質はラマン測定の結果により確認された。ここでは炭素層とグラフェン成長の摂動に関連するDピーク（"欠陥"）の存在/程度及び2次元ピークの安定性を観察することによって行われた。
【符号の説明】
【００３４】
1 - 圧力計、2 - ヒーター、3 - 基板、4 - チャンバーの閉鎖、5 - ガス入口、6 - 石英管、7ポンプ、8 - ガス出口、9 - シリコン昇華、10 - アルゴン、11 - グラフェン核、12 - プロパン。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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