DE102014113943A1

DE102014113943A1 - Verfahren zur Herstellung einer Monolage aus einem verdampfbaren Material und einer graphenhaltigen Schicht

Info

Publication number: DE102014113943A1
Application number: DE102014113943.7A
Authority: DE
Inventors: Maik Vieluf
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Monolage aus einem verdampfbaren Material auf einem Substrat 1 mittels thermischen Verdampfens vorgeschlagen, indem ein Elektronen- oder Laserstrahl 6 auf der Oberfläche des in einem Verdampfungstiegel 2 angeordneten Materials 3 eine Dampfquelle 4 erzeugt und das Substrat 1 einer von der Dampfquelle 4 ausgehenden Dampfwolke ausgesetzt wird, wobei sich der Dampf in einem Abscheidebereich 13 des Substrats 1 abscheidet, wobei eine derart kurzzeitige Abscheidung erfolgt, dass eine Monolage des Materials auf dem Substrat 1 abgeschieden wird. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht auf einem Substrat 1 vorgeschlagen, wobei auf dem Substrat 1 eine Kohlenstoffmonolage abgeschieden wird und diese eine Graphenstruktur ausbildet, indem in die abgeschiedene Kohlenstoffmonolage zusätzliche Energie zur Ausbildung einer Graphenstruktur eingetragen wird und/oder vor der Abscheidung der Kohlenstoffmonolage Kristallisationskeime auf dem Substrat 1 bereitgestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Monolage aus einem verdampfbaren Material auf einem Substrat mittels thermischen Verdampfens und ein Verfahren zur Herstellung einer ausgedehnten Monolage unter Verwendung dieses Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ebenso die Verwendung dieser Verfahren zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht.
Durch die Möglichkeit der Kombination der Elektronenzustände benachbarter Atome zu neuen Zuständen, sogenannten Hybridzuständen (sp², sp³), weist Kohlenstoff von allen chemischen Elementen die größte Vielfalt an chemischen Verbindungen auf. Neben Diamant, Graphit und Fullerenen bildet Graphen eine spezielle Modifikation des Kohlenstoffs mit einer bienenwabenförmigen zweidimensionalen Struktur aus sp²-hybridisierten Kohlenstoffatomen (Graphenstruktur).
Im Gegensatz dazu besteht Graphit aus mehreren übereinandere angeordneten Kohlenstofflagen, den Basalebenen. Die σ-Bindung in der Ebene ist die stärkste (gerichtete) Bindung, und besteht aus sp²-hybridisierten Kohlenstoffatomen. Jedes Kohlenstoffatom hat dann drei gleichwertige σ-Bindungen zu benachbarten Kohlenstoffatomen. Senkrecht zu den Ebenen wird die attraktive Wechselwirkung hingegen über die schwache Van-der-Waals-Bindung realisiert, den sogenannten delokalisierten π-Elektronen (PI-Elektronen).
Aus Gründen der gerichteten und sehr unterschiedlich starken Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen kommt es zu ungewöhnlichen Materialeigenschaften. Isolierte Graphenmonolagen sind daher für die Grundlagenforschung interessant und ermöglichen darüber hinaus ein breites innovatives Anwendungsspektrum.
Im Jahre 2004 konnten erstmals kontaktierbare „Graphen-Flocken“ synthetisiert werden. In den letzten 10 Jahren hat sich gezeigt, dass verschiedene Methoden zur Herstellung von Graphenschichten zum Einsatz kommen. Jedoch ist es noch immer eine Herausforderung, Graphen in Form von isolierten Einzelschichten, insbesondere auch wirtschaftlich günstig, zu synthetisieren. Die größte Herausforderung besteht in der Herstellung von ausgedehnten zweidimensionalen Graphenschichten, die zumindest mehrere Quadratzentimeter groß sind. Bisher hat sich dafür kein Verfahren in technischer oder technologischer Hinsicht etabliert.
Bei hohen Energien und Drücken, technologisch häufig realisiert durch hohe Umgebungstemperaturen, wie z. B. mittels der Hot-Wire-Chemical-Vapour-Deposition (Hot-Wire-CVD) oder durch Plasmaprozesse, beispielsweise der Plasma-Enhanced-CVD, neigt Kohlenstoff dazu, tetraedrische Bindungen (sp³-hybridisiert) auszubilden, die über gerichtete Einfachbindungen ein dreidimensionales Wachstum induzieren.
Kohlenstoff mit einem sp³-Anteil größer 50 % wird in der Literatur häufig als ta-DLC (tetraedrisch-amorpher diamantähnlicher Kohlenstoff, engl. Diamant Like Carbon) bezeichnet. Bei rein thermischen Verdampfungsprozessen kommt es indes dazu, dass die emittierten Teilchen bei der Kondensation (Physisorption, Chemisorption) an der Oberfläche, beispielsweise eines Substrates, naturgemäß keine angeregten bzw. ionisierten Atome beinhalten. Mit anderen Worten werden bei solch einem Abscheideprozess überwiegend sp²-haltige Kohlenstoffbindungen appliziert, wodurch eine Graphensynthese begünstigt wird.
Die Beschichtung von Substraten, insbesondere von großflächigen, auch bandförmigen Substraten, mittels thermischer Verdampfungsprozesse ist ein etabliertes Verfahren, bei dem, häufig innerhalb einer einstellbaren Prozessatmosphäre, auf der Oberfläche des in einem Tiegel vorgehaltenen Verdampfungsguts eine punkt-, flächen- oder linienförmige Dampfquelle des auf dem Substrat abzuscheidenden Dampfes erzeugt wird. Zur Erzeugung der Dampfquelle werden meist Elektronen- oder Laserstrahlen verwendet.
Die Dampfquelle ist der sublimierende Teil des Verdampfungsguts oder der Bereich des geschmolzenen Verdampfungsguts, von dem eine in den Gasraum gerichtete, im Speziellen zur Substratbeschichtung dienende Dampfwolke aufsteigt. Beim Verdampfen mittels Elektronen- oder Laserstrahl ist über die mit dem Strahl gezeichneten Figuren gezielt eine definierte Dampfquellengeometrie einstellbar. Ein Substrat wird in die von der Dampfquelle aufsteigende Dampfwolke gebracht und stationär oder während seiner Bewegung durch die Dampfwolke beschichtet.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines entsprechenden Beschichtungsverfahrens umfasst eine Substrathalterung zur Halterung des zu beschichtenden Substrats, was auch dessen Positionierung und gegebenenfalls auch dessen Transport einschließt, ein Tiegelsystem zur Aufnahme des zu verdampfenden Materials, welches dem Substrat gegenüberliegend angeordnet ist und eine Verdampfungseinrichtung zur Verdampfung des Materials. Als Verdampfungseinrichtung sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die unter Vakuum oder Umgebungsdruck arbeiten. Bei der Elektronenstrahlverdampfung beispielsweise wird das zu verdampfende Material infolge einer definierten Ablenkung eines Elektronenstrahls auf dessen Oberfläche unter Vakuum verdampft. Auch thermische Verdampfer sind bekannt, in welchen das zu verdampfende Material mittels Widerstandsheizer verdampft wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen dazu, auf großflächigen Substraten Schichten von Elementen und Verbindungen mit gleichmäßiger Schichtdicke aufzubringen. Zum Beispiel kann es sich um bandförmige oder eine kontinuierliche Abfolge einzelner Substrate, gegebenenfalls auch großer Breite handeln, die kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich an der Beschichtungsquelle vorbei bewegt werden.
Neben Kohlenstoffmonolagen werden derzeit auch intensiv Monolagen anderer Materialien erforscht, für die es bisher noch keine etablierte Herstellungsmethode mittels thermischer Verdampfung gibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe eine Monolage auf einem Substrat unter Nutzung eines thermischen Verdampfungsprozesses möglichst wirtschaftlich hergestellt werden kann. Insbesondere sollen ausgedehnte Monolagen erzeugt werden können.
Es sollen Verfahren sowohl für die kontinuierliche als auch diskontinuierliche Herstellung von Monolagen auf Substraten aufgezeigt werden.
Zudem soll ein Verfahren angegeben werden, dass es ermöglicht eine graphenhaltige Schicht auf einem Substrat zu erhalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, Anspruch 8 oder Anspruch 13. Die davon jeweils abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen wieder.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Monolage aus einem verdampfbaren Material auf einem Substrat angegeben, indem ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl eine Dampfquelle erzeugt und das Substrat einer von der Dampfquelle ausgehenden Dampfwolke ausgesetzt wird, wobei sich der Dampf in einem Abscheidebereich des Substrats abscheidet. Die Abscheidung erfolgt derart kurzzeitig, dass eine Monolage des Materials auf dem Substrat abgeschieden wird.
Unter einer Monolage ist vorliegend eine Schicht von Atomen oder Molekülen zu verstehen, wobei die Schichtdicke nur ein Atom bzw. ein Molekül beträgt. Es liegen in der Monolage demnach keine gleichen Atome oder Moleküle übereinander. Gleichwohl soll auch die Möglichkeit umfasst sein, dass keine durchgehende Monolage abgeschieden wird, z. B. für den Fall, dass die Schicht vereinzelte, die Eigenschaften der Monolage nicht signifikant beeinflussende Fehlstellen aufweist oder verfahrensbedingt vereinzelt mehrere Atome bzw. Moleküle übereinander abgeschieden werden. Zudem kann die Monolage technologisch bedingte Verunreinigungen oder Beimengungen enthalten, die zur Prozessführung dienlich sind. Derartige Verunreinigungen oder technologische Beimengungen liegen meist im Bereich von kleiner als 1 At.-%, können aber auch einige wenige Prozent betragen.
Mit Hilfe der Erfindung kann eine Monolage aus einem zu verdampfenden Material erzeugt werden. D. h., dieses muss sich ohne Zerstörung thermisch verdampfen lassen. Als Material kommen daher insbesondere Metalle, Halbleiter und Kohlenstoff in Frage, während die Herstellung einer Monolage aus Zellen mit der Erfindung nicht möglich ist.
Als Dampfquelle wird eine auf der Oberfläche des in einem Verdampfungstiegel angeordneten zu verdampfenden Materials erzeugte Quelle des auf dem Substrat abzuscheidenden Dampfes bezeichnet. Diese wird am über den Verdampfungstiegel wandernden Auftreffpunkt des Elektronen- oder Laserstrahls erzeugt, aus der das Material infolge Erwärmung bis oder über die Verdampfungstemperatur dampfförmig austritt. Die Verdampfung des Materials kann insbesondere durch eine sprunghafte Erhöhung der Energiedichte auf der Oberfläche des zu verdampfenden Materials, welche zu einer Erwärmung über die Verdampfungstemperatur hinaus führt, erreicht werden.
Die Abmessungen und Gestalt der Dampfquelle variieren mit der Gestalt und Größe der mit dem Elektronenstrahl auf der Oberfläche des zu verdampfenden Materials gezogenen Figur, so dass diese beispielsweise als Punkt-, Linien- oder Flächenquelle ausgebildet sein kann. Üblicherweise sind die Abmessungen der Dampfquelle im Vergleich zur Oberfläche des Verdampfungstiegels klein.
Der Verdampfungstiegel selbst kann verschiedene geometrische Formen besitzen. Beispielsweise kann er neben einer klassischen Tiegelgestalt auch als Stabverdampfer ausgebildet sein.
Grundsätzlich kann die Verdampfung des Materials auch von mehreren Dampfquellen ausgehend erfolgen, welche sich in einem Verdampfungstiegel, aber auch in mehreren Verdampfungstiegeln befinden können. Insofern im Folgenden von einer bzw. der Dampfquelle gesprochen wird, ist stillschweigend auch die Möglichkeit mehrerer Dampfquellen umfasst.
In die von der Dampfquelle ausgehende Dampfwolke wird das Substrat gebracht, wobei sich der Dampf in einem bestimmten Bereich des Substrats, dem sogenannten Abscheidebereich, mitunter auch als Beschichtungsfenster bezeichnet, abscheidet.
Als Substrat kommen sämtliche geeignete Materialien in Betracht, insbesondere Glas- oder Metallsubstrate, Folie, sowie Siliziumwafer oder Siliziumkarbid-Kristalle. Optional kann das Substrat eine Beschichtung aus zumindest einer Schicht aufweisen, beispielsweise eine Haftschicht oder eine Keimschicht, sodass in diesem Fall die Herstellung der Monolage auf dieser Beschichtung erfolgt und durch diese begünstigt wird. Es sei allgemein angemerkt, dass die Oberflächentopologie des Substrats in Abhängigkeit des konkreten Materials und der damit verbundenen Bindungsverhältnisse in der abzuscheidenden Schicht die Ausbildung einer Monolage befördern oder auch verhindern kann.
Zur Positionierung des Substrats in der Verdampfungsvorrichtung dient eine Substrathalterung, mit der das Substrat üblicherweise gegenüber dem Verdampfungstiegel, insbesondere über dem Verdampfungstiegel, angeordnet werden kann. Für den Fall, dass es sich um eine Durchlaufverdampfungsvorrichtung handelt, kann die Substrathalterung in eine Substrattransportvorrichtung integriert sein.
Erfindungsgemäß schließt die vorliegend genutzte Verdampfung auch eine Sublimation des Materials ein, da in den für die thermische Verdampfung und insbesondere Elektronenstrahlverdampfung üblichen Druck- und Temperaturbereichen häufig keine flüssige Phase entsteht, sondern sich der Aggregatzustand direkt von fest in gasförmig ändert. Da in der Literatur die Sublimation regelmäßig als „Verdampfung“ bezeichnet wird, soll auch hier der Begriff „Verdampfung“ verwandt werden, welcher im vorliegenden Sinne sowohl den Phasenübergang aus der flüssigen Phase als auch eine Sublimation umfassen soll. Entsprechend umfassen die Begriffe „Dampfquelle“, „Verdampfungsparameter“, „Verdampfungsrate“ etc. auch eine Sublimation im Sinne von „Sublimationsquelle“, „Sublimationsparameter und „Sublimationsrate“ etc.
Erfindungsgemäß erfolgt die Abscheidung derart kurzzeitig, dass auf dem Substrat eine Monolage entsteht. Mit Hilfe einfacher Versuche oder geeigneter Simulationen lässt sich die konkrete Dauer der Abscheidung anhand der Verdampfungs- und/oder Abscheiderate, der Größe des Abscheidebereichs und ggf. – sofern es sich um ein kontinuierliches Verfahren handelt – der Substrattransportgeschwindigkeit durch den Fachmann ermitteln.
Sie ist abhängig von der Abscheiderate, d. h. der Anzahl an Teilchen, die pro Zeiteinheit in den Abscheidebereich gelangen. Mit steigender Abscheiderate muss die Zeitdauer der Abscheidung sinken, um eine Monolage zu erzeugen. Ist die Dauer der Abscheidung zu kurz, so entsteht keine geschlossene Monolage im Sinne einer bis auf vereinzelte Fehlstellen im Wesentlichen geschlossenen Lage. Ist die Dauer der Abscheidung hingegen zu lang, werden mehrere Atome oder Moleküle übereinander abgeschieden, so dass mehr als eine Lage übereinander entstehen kann.
Die Abscheiderate ist u. a. abhängig von der Energiedichte an der Dampfquelle, welche zum einen durch die Größe und das Design der Verdampfungsfigur und zum anderen durch die Leistungsparameter des Strahls bestimmt wird. Auch das Vorhandensein etwaiger Einbauten wie z. B. Blenden zur Fokussierung oder Defokussierung der Dampfwolke und zur Festlegung des Abscheidebereichs haben Einfluss. Die Dauer der Verdampfung ist weitgehend unabhängig von der Dauer der Abscheidung, solange die für die Abscheidung notwendige Menge an Material verdampft wird. Sie kann beispielsweise ebenfalls kurzzeitig oder aber auch kontinuierlich erfolgen.
Vor der Verdampfung kann das zu verdampfende Material zumindest teilweise, d. h. zumindest in dem Bereich, in dem darauffolgend eine Verdampfung stattfinden soll, erwärmt und gegebenenfalls aufgeschmolzen werden (Vorkonditionierung). Letzteres hat den Vorteil, dass die Oberfläche des Materials eingeebnet wird, um ein ungewolltes Verkippen der die Dampfwolke bildenden Dampfkeulen zu verhindern, was zu Inhomogenitäten der Schichtdicke der abzuscheidenden Schicht führen würde. Durch eine solche Erwärmung kann zudem der akute Energiehub und damit mögliche Materialspritzer oder Partikelbildungen vermindert werden.
Bevorzugt umfasst die Erwärmung einen größeren Bereich der Oberfläche des zu verdampfenden Materials, beispielsweise 5 × 5 cm. Die Erwärmung erfolgt bevorzugt mittels Elektronenstrahl. Die Vorkonditionierung gestattet es, die Abscheidung selbst sowie die Abscheiderate in dem gewünschten Maß zeitlich präzise und reproduzierbar zu variieren, so dass für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsvarianten die Abscheidung einer Monolage auf dem Substrat erfolgen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten wird die kurzzeitige Abscheidung durch eine entsprechend kurzzeitige Verdampfung des Materials an der Dampfquelle oder durch eine geeignete Bewegung von Substrat und Dampfquelle relativ zueinander oder durch eine Kombination beider Varianten erreicht.
Die Variante einer kurzzeitigen Abscheidung durch eine entsprechend kurzzeitige Verdampfung entspricht einem diskontinuierlichen Verdampfungsverfahren, bei dem das zu verdampfende Materials für eine solch kurze Zeitdauer verdampft wird, dass auch die Abscheidung lediglich so kurzzeitig erfolgen kann, dass eine Monolage auf dem Substrat ausgebildet wird. Dies kann beispielsweise durch einen entsprechend kurzen, insbesondere impulsartigen, Energieeintrag in die Dampfquelle erfolgen. Die Dauer der Verdampfung ist gemäß obiger Darlegungen unter Berücksichtigung der Verdampfungsrate auszuwählen.
Beispielsweise werden bei einem diskontinuierlichen, d. h. statischen Verfahren bei einer statischen Abscheiderate von 1 nm/s pro 100 ms 0,1 nm abgeschieden, was im Falle von Kohlenstoff als Material näherungsweise einer Monolage entspricht. Daraus folgt, dass der Energieimpuls zur Verdampfung im Bereich von wenigen Millisekunden abläuft.
Im einfachsten Fall wird innerhalb eines einzigen Strahlpulses an der Dampfquelle genau so viel Material verdampft, wie für die Abscheidung einer Monolage auf dem Substratbenötigt wird. Diese Variante ist insbesondere für kleine Substrate mit einer Fläche von einigen Quadratzentimetern geeignet. Der Abscheidebereich umfasst in diesem Fall das gesamte Substrat.
Sollen hingegen größere Substrate mit einer Monolage versehen werden, so ist ein solch einfaches Verfahren oftmals nicht mehr ausreichend, da der von der Dampfwolke maximal erreichbare Abscheidebereich begrenzt ist.
Insbesondere für diesen Fall besteht die Möglichkeit, mehrere Dampfquellen geeignet positioniert zum Substrat anzuordnen. Besonders bevorzugt sind die Dampfquellen so angeordnet, dass mit einem einzigen Impuls zum Energieeintrag ausreichend Material so verdampft wird, dass die Abscheidebereiche der Dampfquellen das gesamte oder nahezu das gesamte Substrat umfassen. Die Dampfwolken und die dazugehörigen Abscheidebereiche müssen dabei so gesteuert werden, dass einerseits auf jedem Teilbereich des Substrats eine Abscheidung stattfindet, andererseits aber nicht mehrere Atome bzw. Moleküle übereinander abgeschieden werden. Mittels der Geometrie der Elektronenstrahlfiguren, gegebenenfalls in Verbindung mit Blenden, ist das erforderliche Design der Abscheidebereiche und deren Kombination gut möglich.
Neben der Anordnung mehrerer parallel arbeitender Dampfquellen besteht die Möglichkeit, ein oder mehrere Dampfquellen in Kombination mit einer geeigneten Relativbewegung von Substrat und Dampfquelle bzw. Dampfquellen zu nutzen.
Je nach Größe und Geometrie des bzw. der Abscheidebereiche kann es sich bei der Relativbewegung um rotatorische als auch translatorische oder eine Kombination beider Bewegungen (Oszillationen) handeln. Zudem kann die Relativbewegung einerseits durch eine Änderung der Position der Dampfquelle auf der Oberfläche des zu verdampfenden Materials im Verdampfungstiegel erfolgen, indem beispielsweise eine entsprechende Verdampfungsfigur mit dem Elektronen- oder Laserstrahl abgefahren wird. Andererseits können auch das Substrat selbst und/oder der komplette Verdampfungstiegel bewegt werden. Auch eine Kombination mehrerer Bewegungen ist möglich, solange sichergestellt werden kann, dass eine möglichst durchgehende Monolage auf dem Substrat abgeschieden wird.
Die Geschwindigkeit(en), Bewegungsrichtung(en) und Abscheidebereich(e) müssen so gewählt und aufeinander sowie mit der Verdampfungs- und Abscheiderate und dem Abstand zwischen Substrat und Dampfquelle abgestimmt werden, dass eine Monolage auf dem Substrat entsteht.
Der Fall, dass die kurzzeitige Abscheidung ausschließlich durch eine geeignete Bewegung von Substrat und Dampfquelle relativ zueinander erreicht wird, entspricht einem kontinuierlichen Verdampfungsverfahren, bei dem das zu verdampfende Material ohne Unterbrechung verdampft wird. Für die Relativbewegung gelten dabei die Ausführungen des obenstehenden diesbezüglichen Absatzes.
Dieses kontinuierliche Verfahren wird insbesondere in einer Durchlauf-Verdampfungsvorrichtung ausgeführt, in der eine Bewegung des Substrats mit Hilfe einer geeigneten Substrattransportvorrichtung ermöglicht wird, welche das Substrat parallel zum Verdampfungstiegel in der Substrattransportrichtung bewegt. Idealerweise sollte die Ausdehnung des Abscheidebereichs in Substrattransportrichtung möglichst klein sein, so dass durch die Bewegung des Substrats das Material auf direkt aufeinanderfolgenden Bereichen des Substrats abgeschieden wird, es jedoch nicht zu einer Überlappung dieser Bereiche kommt. Im Grenzfall entspricht die Länge des Abscheidebereichs in Substrattransportrichtung dem Platzbedarf eines Kohlenstoffatoms.
Während der Abscheidung, d. h. während der Kondensation der thermisch angeregten Atome bzw. Moleküle des Materials, bleibt das Substrat nicht ortsfest, sondern bewegt sich über die Dampfquelle hinweg. Der Abscheidebereich, die Verdampfungsrate und die Substrattransportgeschwindigkeit als auch der Abstand zwischen Substrat und Dampfquelle müssen in jedem Fall so in Korrelation stehen, dass in Substrattransportrichtung pro Substratflächenelement nur ein Atom abgeschieden wird. Vorteilhaft erstreckt sich der Abscheidebereich dabei über die gesamte Substratbreite, wobei unter „Substratbreite“ üblicherweise die Ausdehnung des in einer Richtung transportierten Substrats zu verstehen ist, die sich senkrecht zur Substrattransportrichtung erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsvariante erfolgt die kurzzeitige Verdampfung durch eine kurzzeitige Erhöhung der Strahlleistung und/oder eine kurzzeitige Erhöhung der Energiedichte an der Dampfquelle durch Fokussierung des Elektronen- oder Laserstrahls.
Bei der Verwendung eines Elektronenstrahls zur Verdampfung kann eine kurzzeitige Erhöhung der Strahlleistung insbesondere durch eine Erhöhung der Beschleunigungsspannung und/oder eine Erhöhung des Elektronenstroms erreicht werden. Bei der Verwendung eines Laserstrahls können durch verschiedene Laser oder verschiedene Pulsungen eines Lasers die Leistungsparameter variiert werden. Beides gewährleistet eine besonders schnelle Verdampfung des Materials.
Bevorzugt kann zur Herstellung der Monolage in einem diskontinuierlichen Verfahren auch die Verdampfungsfigur des Elektronen- oder Laserstrahls variiert werden. Zu Beginn wird die Energie des Strahls mittels einer ausgedehnten Verdampfungsfigur über dem Verdampfungstiegel großflächig verteilt. Häufig handelt es sich dabei um Figuren, die üblicherweise zur Konditionierung, d. h. einer vor Beginn der Verdampfung durchgeführten Erwärmung des Materials, benutzt werden. Zur Verdampfung des Materials wird der Strahl auf eine wesentlich kleinere Fläche des zu verdampfendes Materials fokussiert, sodass eine hinreichend große Energiedichte das Material schlagartig verdampfen lässt. Als Fokussierung eines Figuren zeichnenden Elektronen- oder Laserstrahls ist hier eine Verkleinerung der Fläche der Strahlfigur bei unveränderter Strahlleistung gemeint.
Die oben angeführten Strahl- und Verdampfungsparameter werden jeweils so gewählt, dass nur eine Monolage auf dem Substrat abgeschieden wird.
Der Energieeintrag für die kurzzeitige Verdampfung erfolgt bevorzugt zwischen 1 und 1000 ms, insbesondere zwischen 10 und 100 ms.
Zur Herstellung einer besonders ausgedehnten Monolage wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem auf aneinander angrenzenden Bereichen des Substrats nacheinander kleinflächige Monolagen wie oben beschrieben hergestellt werden. Um die gewünschte Ausdehnung der Monolage zu erzielen, werden die einzelnen Bereiche derart gewählt und wie zuvor beschrieben mit einer Monolage versehen, dass auf dem Substrat eine großflächige Monolage entsteht.
Zum Beispiel kann zunächst auf einem Teilbereich des Substrats diskontinuierlich eine Monolage aus der innerhalb eines Elektronenstrahlpulses verdampften Menge des Materials abgeschieden werden. Anschließend werden Substrat und Dampfquelle so relativ zueinander bewegt, dass bei einem weiteren Verdampfungsvorgang ein weiterer Teilbereich des Substrats beschichtet wird. Diese Verfahrensweise wird solange wiederholt, bis das gesamte Substrat mit einer Monolage versehen ist.
Beispielsweise wird diese Verfahrensvariante in einer Durchlauf-Verdampfungsvorrichtung durchgeführt, in der eine Bewegung des Substrats mit Hilfe einer geeigneten Substrattransportvorrichtung ermöglicht wird, welche das Substrat parallel zum Verdampfungstiegel bewegt. Das Substrat wird streifenweise diskontinuierlich mit einer Monolage beschichtet und nach Abscheidung eines Streifens erfolgt der Substrattransport derart, dass ein an den ersten Streifen anschließender weiterer Streifen beschichtet wird, so dass sich insgesamt eine ausgedehnte Monolage auf dem Substrat ausbildet.
Zwischen den einzelnen Beschichtungsvorgängen, d. h. während der Relativbewegung von Dampfquelle und Substrat, wird die Verdampfung unterbrochen.
Bevorzugt wird vor jedem Beschichtungsvorgang das zu verdampfende Material im Verdampfungstiegel wie oben beschrieben vorkonditioniert. Dies kann beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls erfolgen. Bei Verdampfung mittels Elektronenstrahl ist so keine zusätzlichen Vorrichtungen zur Erwärmung nötig. Insbesondere kann mittels Elektronenstrahl zunächst ein größerer Bereich auf die gewünschte Temperatur durch Abfahren einer entsprechenden Figur erwärmt werden. Alternativ können auch zwei verschiedene Elektronenstrahlen bzw. Elektronenstrahlquellen für die Erwärmung und Verdampfung genutzt werden, wobei diese optional auch aus einer Elektronenstrahlkanone stammen können.
Um die Abscheidung einer Monolage weitgehend sicherzustellen, kann der Abscheidebereich auf dem Substrat mittels Blenden festgelegt werden, beispielsweise indem mittels Blenden die geometrische Form der Dampfkeulen beeinflusst wird.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind insbesondere dafür geeignet, eine Kohlenstoffmonolage auf einem Substrat abzuscheiden. In diesem Fall handelt es sich bei dem zu verdampfenden Material um Kohlenstoff. Diese Kohlenstoffmonolage kann beispielsweise zur effektiven Herstellung von ausgedehnten Graphenschichten genutzt werden.
Die Vorkonditionierung des Kohlenstoffs erfolgt durch Erwärmen auf eine Temperatur, die kleiner als die Verdampfungstemperatur. Die Verdampfung erfolgt dann durch ein Erwärmen des Kohlenstoffs auf eine Temperatur größer oder gleich der Verdampfungstemperatur. Die Verdampfungstemperatur von Kohlenstoff wird beispielsweise von David. R. Lide (Ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90th Edition (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton mit 3915 K angegeben.
Gemäß Anspruch 13 wird ein Verfahren zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht auf einem Substrat angegeben, wobei auf dem Substrat eine Kohlenstoffmonolage wie vorstehend beschrieben mittels Elektronenstrahlverdampfens abgeschieden wird und die abgeschiedene Kohlenstoffmonolage eine Graphenstruktur ausbildet, indem zusätzliche Energie eingetragen wird und/oder vor der Abscheidung der Kohlenstoffmonolage Kristallisationskeime auf dem Substrat bereitgestellt werden.
Unter einer graphenhaltigen Schicht ist vorliegend eine Schicht zu verstehen, die zumindest überwiegend eine Graphenstruktur aufweisende Kohlenstoffmonolage umfasst, sodass die Schichteigenschaften von Graphen dominiert werden. Dies umfasst auch die Möglichkeit, dass keine durchgehende Graphenschicht entsteht, z. B. für den Fall, dass die Schicht Fehlstellen aufweist, verfahrensbedingt mehrere Kohlenstoffatome übereinander abgeschieden werden oder sich nicht alle Atome der Kohlenstoffmonolage zu einer Graphenstruktur anordnen. Zudem kann die graphenhaltige Schicht technologisch bedingte Verunreinigungen oder Beimengungen enthalten, die zur Prozessführung dienlich sind. Derartige Verunreinigungen oder technologische Beimengungen liegen meist im Bereich von kleiner als 1 At.-%, können aber auch einige wenige Prozent betragen.
Optional kann die graphenhaltige Schicht auch Dotierungen enthalten, indem die Ausbildung der Kohlenstoffmonolage durch Verdampfung eines entsprechend dotierten Kohlenstoffs erfolgt. Eine Dotierung kann beispielsweise der Vermeidung von Fehlstellen oder dem Stressabbau innerhalb der Schicht dienen.
Erfindungsgemäß wird zunächst eine Kohlenstoffmonolage auf dem Substrat mittels Elektronenstrahlverdampfens abgeschieden.
Außerdem wird zusätzliche Energie in die Kohlenstoffmonolage eingetragen. Der zusätzliche Energieeintrag bewirkt eine zumindest teilweise Ausbildung einer Graphenstruktur, sodass eine graphenhaltige Schicht auf dem Substrat entsteht. Der Energieeintrag in die abgeschiedene Kohlenstoffschicht, erlaubt eine Anordnung bzw. Umordnung der Kohlenstoffatome dieser Schicht in eine zweidimensionale kristalline, honigwabenartige Struktur, wie sie dem Graphen eigen ist.
Dieser zusätzliche Energieeintrag kann vor, während oder nach der Abscheidung der Kohlenstoffmonolage erfolgen. Entscheidend ist die Beibehaltung oder Generierung einer ausreichenden Mobilität der Kohlenstoffatome, damit sich diese energetisch optimal ausrichten können. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, das Substrat zu erwärmen oder die abgeschiedene Kohlenstoffmonolage zu tempern. Selbstverständlich kann auch ein kombinierter Energieeintrag erfolgen.
Wird eine ausgedehnte graphenhaltige Schicht hergestellt, indem auf aneinander angrenzenden Bereichen des Substrats nacheinander Kohlenstoffmonolagen des Materials so hergestellt werden, dass auf dem Substrat eine durchgehende Kohlenstoffmonolage entsteht, so kann der zusätzliche Energieeintrag entweder zeitlich parallel zur Relativbewegung von Substrat und Dampfquelle oder nach erfolgter kompletter Abscheidung der Kohlenstoffmonolage erfolgen, wobei letztere Variante bevorzugt wird.
Erfolgt die Herstellung der Kohlenstoffmonolage in einem kontinuierlichen Verfahren, so erfolgt der zusätzliche Energieeintrag bevorzugt kontinuierlich mit fortschreitendem Substrattransport, indem beispielsweise das Substrat im Abscheidebereich erwärmt wird und/oder die abgeschiedene Kohlenstoffmonolage in eine nachgeschalteten Vorrichtung der Durchlaufanlage einem Temperprozess unterzogen wird.
Alternativ oder zusätzlich bildet die Kohlenstoffmonolage eine Graphenstruktur aus, indem vor der Abscheidung der Kohlenstoffmonolage Kristallisationskeime auf dem Substrat bereitgestellt werden, welche die Ausbildung einer Graphenstruktur in der abgeschiedenen Kohlenstoffmonolage besonders begünstigen.
Gemäß einer Ausführungsvariante wird die zusätzliche Energie mittels plötzlicher Erwärmung des Substrats auf 600 °C bis 900 °C, z. B. mit einem Flächenheizer, eingetragen. In diesem Temperaturbereich kann Graphen epitaktisch auf metallischen Substraten wachsen, wobei der wirksame Temperaturbereich stark vom Substratmaterial abhängig ist. Die Erwärmung des Substrats kann dabei entweder als Vorwärmung vor der Kohlenstoffabscheidung oder während sowie nach der Kohlenstoffabscheidung erfolgen. Sie trägt dazu bei, dass sich die Kohlenstoffatome aufgrund ihrer thermisch bedingten Mobilität an der Oberfläche optimal in einer Graphenstruktur anordnen können.
Alternativ oder zusätzlich kann der zusätzliche Energieeintrag durch einen Temperprozess der abgeschiedenen Kohlenstoffschicht erfolgen. Neben klassischen Temperverfahren, wie der Erwärmung durch Flächenheizer, sind insbesondere sogenannten RTP-Prozesse (rapid thermal processing) geeignet.
Bei einem RTP-Prozess handelt es sich um ein Temperverfahren, bei dem besonders hohe Temperaturanstiegs- bzw. -abkühlungsraten, idealerweise nur im oberflächennahen Bereich des Substrats dadurch erzeugt werden, dass das Substrat kurzzeitig und mit sehr hochenergetischer Strahlung hoher Intensität behandelt wird. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz von Blitzlampen, Lasern oder eines Mikrowellengenerators erfolgen, sofern deren Strahlung von der abgeschiedenen Kohlenstoffmonolage absorbiert werden kann.
Die Ausbildung der Graphenstruktur mittels zusätzlicher Energiezufuhr findet vorzugsweise in einer Atmosphäre kontrollierter Zusammensetzung statt, wobei kontrollierte Zusammensetzung bedeutet, dass sich das Substrat dabei in einer Kammer befindet, die Gase einer gewünschten qualitativen als auch quantitativen chemischen Zusammensetzung enthält.
Da bei einem RTP-Prozess eine unerwünschte Erwärmung des Substrats weitgehend vermieden wird, können auch temperaturempfindliche Substrate eingesetzt werden. Zudem kann der Energieverbrauch im Vergleich zu den klassischen Temperverfahren deutlich gesenkt werden.
Weiterhin sind RTP-Prozesse großtechnisch realisierbar und können in eine kontinuierliche Abfolge von Verfahren zur Schichtabscheidung und ggf. Strukturierung auch auf großflächigen Substraten eingebunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht ermöglicht auch die Beschichtung eines Substrats mit zwei oder mehreren übereinander angeordneten graphenhaltigen Schichten.
Es wurde festgestellt, dass teilweise auch Beschichtungen aus mehreren Lagen Graphen, insbesondere aus zwei Lagen, vorteilhafte Eigenschaften, z. B. hinsichtlich der gerichteten Leitfähigkeit, aufweisen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine derartige Beschichtung realisierbar, indem zwei oder mehrere graphenhaltige Schichten gemäß vorstehender Beschreibung übereinander abgeschieden werden.
Bevorzugt erfolgt der zusätzliche Energieeintrag zur Ausbildung der Graphenstruktur erst nach Abscheidung der letzten Kohlenstoffmonolage mittels Tempern, insbesondere mittels eines RTP-Prozesses, um die Gesamtanzahl der Prozessschritte möglichst gering zu halten.
Bevorzugt werden zwei oder mehrere graphenhaltige Schichten mittels mehrmaliger kurzzeitiger Verdampfung des erwärmten Kohlenstoffs übereinander, z. B. in einer diskontinuierlich arbeitenden Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung, abgeschieden.
Alternativ können auch zwei oder mehrere Schichten nacheinander in einem kontinuierlichen Verfahren beispielsweise mittels mehrerer Dampfquellen in einer kontinuierlich arbeitenden Durchlauf-Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung hergestellt werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
1 eine Durchlauf-Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht auf einem Substrat in einem kontinuierlichen Verfahren,
2 eine Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht auf einem Substrat in einem diskontinuierlichen Verfahren,
3 beispielhafte Parameter für die Herstellung einer Monolage in einem kontinuierlichen Verfahren (3a) und Darstellung des Abscheidebereichs in Abhängigkeit von der Abscheiderate (3b).
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine graphenhaltige Schicht auf einem Substrat 1 unter Nutzung einer Durchlauf-Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung hergestellt. Das Substrat 1 wird mittels einer Substrattransportvorrichtung, beispielsweise unter Verwendung von sog. Carriern, (nicht dargestellt) durch eine Vakuumkammer 8 in einer Substrattransportrichtung 11 parallel zum Verdampfungstiegel 2 transportiert.
In der Vakuumkammer befindet sich zudem der Verdampfungstiegel 2 mit zu verdampfenden Kohlenstoff 3, welcher optional auch in Form eines Stabverdampfers ausgebildet sein kann. Dieser Kohlenstoff 3 wird mittels eines in einer Elektronenstrahlkanone 5 erzeugten Elektronenstrahls 6 an der Dampfquelle 4 verdampft und auf dem Substrat 1 abgeschieden. Der Abscheidebereich 13 wird mittels Blenden 10 festgelegt, beispielsweise mit einer Größe, die sich quer zur Substrattransportrichtung 11 über das gesamte Substrat 1, d. h. die Substratbreite, und in Substrattransportrichtung 11 über wenige Millimeter erstreckt. Es soll darauf hingewiesen sein, dass die Größenverhältnisse in 1 nicht realistisch sind und der Abscheidebereich 13 zur besseren Darstellung vergrößert wurde. (1)
Die Abscheidung des Kohlenstoffs erfolgt gleichzeitig über die gesamte Substratbreite und so kurzzeitig, dass lediglich eine Kohlenstoffmonolage abgeschieden wird. Der Abscheidebereich, die Verdampfungsrate und die Substrattransportgeschwindigkeit als auch der Abstand zwischen Substrat 1 und Dampfquelle 4 werden so gewählt, dass eine Kohlenstoffmonolage auf dem Substrat 1 entsteht.
Im Beispiel ergeben sich die konkreten Parameter wie folgt (3). Ausgehend von einer für das Ausführungsbeispiel angenommenen statischen Abscheiderate mit R = 0,35 nm/s folgt z. B. bei einem Abscheidebereich 13 mit einer Länge L in Substrattransportrichtung 11 von L = 10 cm eine dynamische Rate von r = R·L = 0,35 nm/s·10cm = 2,1 nm·m/min.
Zur Berechnung der Band- oder Substrattransportgeschwindigkeit v wird der Quotient aus dynamischer Rate und gewünschter Schichtdicke d gebildet: v = r/d = 0,6(nm·m/min)/0,1 nm = 6 m/min.
Bei einer realistischen Variation der statischen Abscheiderate (0,1 bis 10 nm/s) und der Länge des Abscheidebereichs 13 (1 bis 100 mm) kann die Substrattransportgeschwindigkeit z. B. zwischen 6 und 12 m/min liegen.
Nach erfolgter Abscheidung der Kohlenstoffmonolage wird diese mittels eines RTP-Prozesses (nicht dargestellt) getempert und bildet eine Graphenstruktur aus.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine graphenhaltige Schicht auf einem Substrat 1 in einer diskontinuierlich arbeitenden Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung hergestellt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird das Substrat 1 mittels einer Substrathalterung (nicht dargestellt) stationär in der Vakuumkammer 8 positioniert (2).
Der zu verdampfende Kohlenstoff 3 wird zunächst mittels eines Elektronenstrahls 6 durch Abfahren einer entsprechenden Figur auf Temperaturen kurz unterhalb der Verdampfungstemperatur erwärmt. Durch eine impulsartige Erhöhung der Energiedichte an der Dampfquelle 4 durch eine Fokussierung des Elektronenstrahls 6 wird die Verdampfungstemperatur des Kohlenstoffs 3 erreicht und Kohlenstoff verdampft. Die Dauer des Energieimpulses ist abhängig von der statischen Abscheiderate. Bei einer angenommenen statischen Abscheiderate von einer Atomlage pro Sekunde = 0,335 nm/s dauert der Impuls 1 s, bei einer Rate von 1 nm/s ist der Impuls 0,335 s lang. Im Allgemeinen liegt die Dauer des Impulses zwischen 1 ms und 1000 ms.
Die Beschichtung des Substrats 1 mit einer Kohlenstoffmonolage erfolgt durch eine entsprechend kurzzeitige Verdampfung des erwärmten Kohlenstoffs 3, wobei der homogene Abscheidungsbereich 13 mittels Blenden 10 festgelegt wird.
Ein zusätzlicher Energieeintrag in die abgeschiedene Kohlenstoffmonolage zur Ausbildung der Graphenstruktur erfolgt zum einen durch eine Erwärmung des Substrats 1 mit einem Flächenheizer 12 vor der Abscheidung sowie einen nachgelagerten RTP-Prozess. Optional können zusätzlich Kristallisationskeime auf dem Substrat 1 zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel erfolgt die Herstellung einer graphenhaltigen Schicht durch die Kombination eines diskontinuierlichen mit einem kontinuierlichen Verfahren in einer Durchlauf-Elektronenstrahlverdampfungsvorrichtung (1). Dazu wird das Substrat 1 streifenweise diskontinuierlich mit einer Kohlenstoffmonolage innerhalb eines Pulses beschichtet. Die Dauer des Energieimpulses ist abhängig von der statischen Abscheiderate. Bei einer angenommenen statischen Abscheiderate von 0,335 nm/s dauert der Impuls wiederum 1 s, bei einer Abscheiderate von 1 nm/s 0,335 s. Im Allgemeinen liegt die Dauer des Impulses wiederum zwischen 1 ms und 1000 ms.
Darauffolgend wird ein an den ersten streifenförmigen Bereich anschließender weiterer streifenförmiger Bereich durch einen entsprechenden Transport des Substrats 1 mittels der Substrattransportvorrichtung (nicht dargestellt) in den Abscheidebereich 13 der Dampfwolke 7 gebracht und mittels eines erneuten Pulses beschichtet. Durch entsprechende Aneinanderreihung mehrerer streifenförmiger Bereiche auf dem Substrat 1 ergibt sich eine großflächige homogene Kohlenstoffmonolage, in welche ein zusätzlicher Energieeintrag zur Ausbildung der Graphenstruktur, beispielsweise mittels eines nachgelagerten RTP-Prozesses, eingebracht wird.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Verdampfungstiegel
3: Material im Verdampfungstiegel
4: Dampfquelle
5: Elektronenstrahlkanone
6: Elektronenstrahl
7: Dampfwolke
8: Vakuumkammer
9: Vakuumerzeuger
10: Blende
11: Substrattransportrichtung
12: Flächenheizer
13: Abscheidebereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

David. R. Lide (Ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90th Edition (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton mit 3915 K [0058]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Monolage aus einem verdampfbaren Material auf einem Substrat mittels thermischen Verdampfens, indem – ein Elektronenstrahl (6) oder ein Laserstrahl auf der Oberfläche des in einem Verdampfungstiegel (2) angeordneten Materials (3) eine Quelle des auf dem Substrat (1) abzuscheidenden Dampfes, nachfolgend als Dampfquelle (4) bezeichnet, erzeugt und – das Substrat (1) einer von der Dampfquelle (4) ausgehenden Dampfwolke ausgesetzt wird, wobei sich der Dampf in einem Abscheidebereich (13) des Substrats (1) abscheidet, – wobei eine derart kurzzeitige Abscheidung erfolgt, dass eine Monolage des Materials auf dem Substrat (1) abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung einer Monolage nach Anspruch 1, wobei die erforderliche kurzzeitige Abscheidung durch eine entsprechend kurzzeitige Verdampfung des Materials (3) an der Dampfquelle (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die kurzzeitige Verdampfung mittels kurzzeitiger Erhöhung der Strahlleistung und/oder mittels kurzzeitiger Erhöhung der Energiedichte an der Dampfquelle (4) durch Fokussierung des Strahls (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Verdampfung mittels Elektronenstrahl erfolgt und die Erhöhung der Elektronenstrahlleistung mittels Erhöhung der Beschleunigungsspannung und/oder des Elektronenstromes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die kurzzeitige Verdampfung durch einen entsprechend kurzzeitigen Energieeintrag zwischen 1 und 1000 ms, bevorzugt zwischen 10 und 100 ms erfolgt.
Verfahren zur Herstellung einer Monolage nach Anspruch 1, wobei die erforderliche kurzzeitige Abscheidung mittels geeigneter Bewegung von Substrat (1) und Dampfquelle (4) relativ zueinander erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Substrat (1) und Dampfquelle (4) relativ zueinander bewegt werden, indem das Substrat (1) während des Verdampfens mittels einer Substrattransportvorrichtung in einer Substrattransportrichtung (11) parallel zum Verdampfungstiegel (2) transportiert wird.
Verfahren zur Herstellung einer ausgedehnten Monolage aus einem verdampfbaren Material auf einem Substrat mittels thermischen Verdampfens, indem auf aneinander angrenzenden Bereichen des Substrats nacheinander Monolagen des Materials nach einem der Ansprüche 2 bis 6 hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Material (3) im Verdampfungstiegel vor jeder Herstellung einer Monolage auf den aneinander angrenzenden Bereichen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Material (3) mittels Elektronenstrahl (6) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abscheidebereich (13) auf dem Substrat (1) mittels Blenden (10) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kohlenstoffmonolage auf einem Substrat abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung einer graphenhaltigen Schicht auf einem Substrat (1), wobei auf dem Substrat (1) eine Kohlenstoffmonolage nach Anspruch 12 abgeschieden wird und diese eine Graphenstruktur ausbildet, indem in die abgeschiedene Kohlenstoffmonolage zusätzliche Energie eingetragen wird und/oder vor der Abscheidung der Kohlenstoffmonolage Kristallisationskeime auf dem Substrat (1) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei zusätzliche Energie mittels plötzlicher Erwärmung des Substrats (1) auf 600 bis 1000 °C eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei zusätzliche Energie mittels eines Temperprozesses, insbesondere mittels eines RTP-Prozesses, eingetragen wird.