ITRM20120305A1 - Procedimento per realizzare strati monoatomici di silicio cristallino su substrato di nitruro di silicio in forma cristallina beta - Google Patents

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ITRM20120305A1
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Description

PROCEDIMENTO PER REALIZZARE STRATI MONOATOMICI DI
SILICIO CRISTALLINO SU SUBSTRATO DI
NITRURO DI SILICIO IN FORMA CRISTALLINA β
La presente invenzione riguarda un procedimento per realizzare una struttura a base di silicio in forma di strato monoatomico di silicio cristallino, in particolare silicene, su di uno strato isolante di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β. Il metodo ha il vantaggio di poter essere integrato in modo efficiente, affidabile ed immediatamente attuabile nell’attuale industria dei semiconduttori. La produzione di uno strato monoatomico di silicio cristallino, in particolare silicene, à ̈ finalizzata alla realizzazione di dispositivi a semiconduttore ad elevata mobilità elettronica.
E’ noto che negli ultimi anni c’à ̈ stato un interesse continuamente crescente nel mondo della ricerca per ottenere dispositivi elettronici ad elevata mobilità elettronica, ovvero caratterizzati da alta velocità dei portatori di carica. A partire dallo sviluppo di un metodo semplice per produrre un singolo strato (“monolayer†) di grafite, denominato grafene, come mostrato da Novoselov e Geim et al. in “Electric Field Effect in AtomicallyThin Carbon Films†Science 306 (2004) 666 (cfr. anche Nature 438 (2005) 197, ed in Nature Mat. 6 (2007) 183, un gran numero di nuove proprietà elettroniche, magnetiche e meccaniche dovute alla bidimensionalità del sistema grafene ha attirato l’attenzione dei tecnici del ramo e dei ricercatori.
In particolare, si prevede che il grafene possa sostituire il silicio nei dispositivi microelettronici a semiconduttore grazie alla sua “ultraelevata†(ultra high) mobilità elettronica (fino a 2x10<5>cm<2>V<-1>s<-1>) grazie alla sua inusuale topologia delle bande elettroniche, dovuta al confinamento bidimensionale e caratterizzata dalla presenza dei cosiddetti coni di Dirac.
Tuttavia, l’industria dei semiconduttori non à ̈ attualmente in grado di fabbricare dispositivi microelettronici basati su grafene senza andare incontro ad importanti adattamenti dei procedimenti di fabbricazione e degli impianti relativi, dovuti principalmente all’uso di costosi substrati cristallini di carburo di silicio (SiC), necessari per la crescita del grafene su substrati isolanti. Tali adattamenti dei procedimenti di fabbricazione e dei relativi impianti conseguentemente comporterebbero costi elevati.
Uno strato monoatomico di silicio cristallino, in particolare silicene, con coordinazione degli atomi di silicio simile a quella sp<2>della grafite (o sp<2>-like) ed in grado di riprodurre le proprietà elettroniche del grafene, potrebbe rappresentare un materiale largamente più compatibile con l’attuale tecnologia e soddisfare le esigenze dell’industria microelettronica.
Molto recentemente in Vogt et al. Phys. Rev. Lett.108(2012) 155501, à ̈ stato dimostrato per la prima volta che à ̈ possibile crescere uno strato monoatomico di silicio cristallino in forma di silicene. E’ stata infatti realizzata una struttura di silicio basata su di una ibridizzazione simile a quella sp<2>e con strutturazione a nido d’ape increspata (†buckled†), necessaria per sfruttarne le sue proprietà elettroniche. La ragione dell’increspatura (“buckling†) dello strato monoatomico di silicio cristallino in forma di silicene, rispetto a quello perfettamente planare di grafene, risiede nel fatto che il legame tra due atomi di Si à ̈ più lungo del legame tra due atomi di C (in forma esagonale) e la sovrapposizione degli orbitali pz(ortogonali al piano) à ̈ trascurabile. Ciò consente agli orbitali pzdi piegarsi e di sovrapporsi agli orbitali s, dando luogo ad una ibridizzazione simile a quella sp<3>. L’equivalente dell’anello aromatico di carbonio, composto da atomi di Si, risulta spontaneamente soggetto ad una distorsione fuori dal piano che produce un arrangiamento bidimensionale increspato, invece di un foglio bidimensionale (monoatomico) planare. Per questo motivo si dice che gli atomi di silicio sono ibridizzati parzialmente sp<2>e parzialmente sp<3>. In proposito, c’à ̈ nella comunità scientifica un generale accordo sui calcoli relativi alla instabilità della struttura planare bidimensionale, come descritto da S. Cahangirov et al. in Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 236804, e da Liu et al PhysRev. Lett. 107 (2011) 076802. Ciò non à ̈ necessariamente uno svantaggio, poiché, mentre una struttura bidimensionale perfettamente planare risulta quasi-metallica, i calcoli dimostrano che una struttura increspata ha una banda proibita, anche detta band gap, al punto K della zona di Brillouin e quindi legata a proprietà semiconduttive. In Vogt et al. l’energia stimata di band gap à ̈ di 0.6 eV, per il caso dello strato monoatomico di silicio cristallino in forma di silicene/Ag(111).
Tuttavia, come esposto nel caso del grafene da M. Yang et al. in AIP Advances1 (2011) 032111, la mobilità elettronica ultra-elevata può essere fortemente ridotta rispetto ad uno strato bidimensionale sospeso (o free-standing), a causa dell’interazione con un substrato metallico. Soltanto substrati dielettrici con una elevata costante dielettrica relativa (i.e. ad alto k) possono consentire di preservare le proprietà di mobilità elettronica del grafene.
Quanto illustrato si applica ancora più severamente allo strato monoatomico di silicio cristallino in forma di silicene a causa della reattività del silicio. Da un punto di vista tecnologico, come evidenziato da G. Le Lay et al. in Appl. Surf. Sci. 256 (2009) 524, da Lalmi et al in Appl. Phys. Lett. 97 (2010) 223109, da De Padova et al. in Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 261905, e da Aufray et al. in Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 183102, allo scopo di fare uso dello strato monoatomico di silicio cristallino in forma di silicene nei dispositivi elettronici, il silicene stesso dovrebbe essere distaccato dal substrato metallico, depositato su un supporto elettricamente isolante ed opportunamente protetto da uno strato di rivestimento.
Altre divulgazioni della tecnica anteriore, limitate alla crescita di substrati dielettrici ad alto k, sono state pubblicate da R. Flammini et al. in “Thermal behavior of the Au/c-Si3N4/Si (111) interface†, Journal of Applied Physics 103, (2008) 083528 ed in “Crystalline silicon nitride passivating the Si(111) surface: A study of the Au growth mode†, in Surface Science 579 (2005) 188, ed anche in “Thermal stability of the Co/β-Si3N4/Si (111) interface: A photoemission study†Surface Science 606 (2012) 1215, nelle quali si insegna un metodo per crescere uno strato di nitruro di silicio ultrasottile e cristallino su un substrato di Si(111). Questi lavori descrivono il comportamento dell’interfaccia Au/β-Si3N4/Si(111) e Co/β-Si3N4/Si(111) in funzione della temperatura. I metalli (Au e Co) sono stati cresciuti in fase amorfa sulla superficie di nitruro di silicio tenuta a temperatura ambiente. La struttura amorfa degli strati metallici à ̈ dovuta a una complessa serie di motivi energetici, ma anche ad una non perfetta corrispondenza tra la maglia reticolare del nitruro di silicio e quella dei metalli in questione. L’interfaccia à ̈ stata poi scaldata per passaggio di corrente elettrica, in modo da poterne studiare l’evoluzione in temperatura.
Lo scopo della presente invenzione à ̈, pertanto, quello di consentire, in modo efficiente ed affidabile, di realizzare strutture monoatomiche periodiche, ossia con una struttura cristallina definita a mobilità elettronica ultra-elevata, mediante procedimenti attuabili negli impianti già presenti nell’attuale industria dei semiconduttori con un materiale, in particolare il silicio, che rappresenta lo standard.
Forma oggetto specifico della presente invenzione un procedimento per realizzare una struttura di silicio in forma di silicene su di uno strato elettricamente isolante di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β, comprendente nell’ordine le seguenti fasi:
A. disporre di un substrato di Si(111) a sé stante, detto substrato avente una prima faccia ed una seconda faccia principale;
B. trattare il substrato termicamente in modo che la superficie di Si(111) sia pulita, ovverosia non contaminata a livello atomico;
C. crescere termicamente uno strato di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β su almeno una faccia di detto substrato di Si(111);
D. crescere termicamente uno strato monoatomico di silicio cristallino sullo strato di nitruro di silicio.
Secondo l’invenzione, detto procedimento comprende una ulteriore fase:
C’. di passivazione dei legami pendenti dello strato (2, 22, 32) di nitruro di silicio tramite idrogeno ovvero tramite alogeni.
Ulteriormente, secondo l’invenzione, detto procedimento comprende dopo detta fase D, la ulteriore fase:
D’. di crescita di uno strato monoatomico di silicio cristallino (3, 23, 33) tramite epitassia da fasci molecolari (MBE: MolecularBeamEpitaxy) ad una pressione di almeno 1x10<-9>mbar ed ad una temperatura dell’intera struttura, preferibilmente fra 100°C e 350°C, in particolare tra 150°C e 300°C, ancora più preferibilmente tra 250°C e 280°C.
Sempre secondo l’invenzione, la fase D avviene incrementando la temperatura dell’intera struttura, tale temperatura essendo non superiore a 350 °C.
Ancora secondo l’invenzione detta fase B può comprendere nell’ordine:
B.1 degassare il substrato (1, 21, 31) di Si(111) in ultra alto vuoto (UHV: Ultra High Vacuum) per almeno 10’ ad una pressione di vuoto di almeno 1x10<-9>mbar;
B.2 sottoporre l’intera struttura ad almeno un riscaldamento repentino fino ad una temperatura compresa tra 850°C e 1150°C, preferibilmente compresa tra 900°C e 1100°C, più preferibilmente compresa tra 950°C e 1050°C, ancora più preferibilmente compresa tra 980°C e 1020°C, per almeno 10 s; preferibilmente tramite riscaldamento mediante corrente elettrica, ottenendo una superficie pulita a livello atomico del substrato (1, 21, 31) di Si(111).
In particolare, prima di detta fase B1, si può eseguire la fase B.0 che comprende:
B.0. trattare lo strato (3, 23, 33) monoatomico di silicio cristallino con soluzione acquosa di acido fluoridrico (HF) e acido nitrico (HNO3) detta procedura Shiraki) atta alla rimozione dell’ossido nativo per proteggere la faccia pulita con ossido pulito.
Ulteriormente, secondo l’invenzione, detta almeno una faccia dello strato di Si(111), sottoposta a detta fase C., presenta una ricostruzione 7x7.
Ancora secondo l’invenzione, detta fase C può comprendere una ulteriore fase:
C’’. di mantenere l’intera struttura ad una temperatura compresa tra 700°C e 800°C, preferibilmente compresa tra 720°C e 780°C, più preferibilmente compresa tra 740°C e 760°C e contemporaneamente esposta a valori compresi tra 10L e 250 L (1 Langmuir equivale a 10<-6>Torr s), preferibilmente tra 50L e 200 L, più preferibilmente tra 90 L e 150 L di ammoniaca (NH3), ottenendo una ricostruzione 8x8 della faccia superiore dello strato (2, 22, 32) di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β cresciuto su detta faccia (a, a’, a’’ o b, b’, b’’).
Ancora secondo l’invenzione, detto procedimento può comprendere una ulteriore fase:
E. di crescita termica di un ulteriore strato monoatomico di silicio cristallino (24) sullo strato (23) monoatomico di silicio cristallino realizzato durante detta fase D, detta fase E potendo eventualmente essere ripetuta più volte.
Ulteriormente, secondo l’invenzione, detto procedimento può comprendere una ulteriore fase:
E’ di sovrapposizione di uno strato di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β e di uno strato monoatomico di silicio cristallino su detto strato monoatomico di silicio cristallino precedentemente realizzato durante la fase D, detta fase E’ potendo eventualmente essere ripetuta più volte.
Ulteriormente, secondo l’invenzione, ciascuna di dette fasi C., D., E, E’ può essere, da sola o in combinazione con le altre, essere attuata su entrambe le facce di detto substrato di Si(111).
Infine, secondo l’invenzione, detto strato 3, 23, 24, 33, 36 monoatomico di silicio cristallino può essere sotto forma di silicene.
Il procedimento, secondo l’invenzione, consente di realizzare strutture con uno strato monoatomico di silicio cristallino, in particolare silicene, ed isolante, in cui il silicene à ̈ cresciuto in-situ, in condizioni di Ultra Alto Vuoto (UHV), direttamente sulla sommità di uno strato elettricamente isolante di nitruro di silicio (β-Si3N4). Questo strato di nitruro di silicio (β-Si3N4) ha la notevole capacità di poter crescere epitassialmente su una faccia di Si con orientazione cristallografica (111) (i.e. Si(111)), grazie ad un trascurabile disallineamento reticolare, minore dell’ 1.2%, tra la cella unitaria della faccia di β-Si3N4(0001) e la cella 2x2 del Si(111).
I vantaggi connessi al procedimento di deposizione di silicenein-situ su un substrato elettricamente isolante in una stessa camera da vuoto, senza necessità di estrarlo, sono ripetibilità delle proprietà fisiche del materiale cresciuto, riduzione dell’effetto di possibili contaminanti e possibilità di automatizzazione del processo. Questi vantaggi permettono di realizzare dispositivi microelettronici a semiconduttore ad ultra-elevata mobilità elettronica mediante una tecnologia immediatamente attuabile negli impianti già presenti nell’odierna industria dei semiconduttori per applicazioni elettroniche e optoelettroniche.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
la figura 1 Ã ̈ una vista schematica di una prima forma di realizzazione;
la figura 2 Ã ̈ una vista schematica della forma di realizzazione di figura 1 con una fase aggiuntiva;
la figura 3 Ã ̈ una vista schematica di una seconda forma di realizzazione; e
la figura 4 Ã ̈ una vista schematica di una terza forma di realizzazione.
Uno dei maggiori problemi tecnici della comunità scientifica della fisica delle superfici, che sta attualmente lavorando su strutture di silicio (o carbonio) a bassa dimensionalità, à ̈ la capacità di preparare uno strato monoatomico ibridizzato sp<2>/sp<3>su un supporto elettricamente isolante. L’inventore ha risolto tale problema crescendo atomi di silicio tramite epitassia da fasci molecolari o MBE (MolecularBeamEpitaxy) sulla struttura β-Si3N4(0001)/Si(111). La struttura così ottenuta può essere denominata come struttura silicene/β-Si3N4(0001)/Si(111).
Il procedimento, facendo anche riferimento alle figure allegate, in particolare alla Figura 1, comprende le seguenti fasi:
A. disporre di un substrato 1, 21, 31 di Si(111) a sé stante;
B. trattare il substrato 1, 21, 31 termicamente in modo che la superficie di Si(111) sia pulita, ovverosia non contaminata a livello atomico;
C. crescere termicamente uno strato 2, 22, 32 di nitruro di silicio cristallino su almeno una faccia a, a’, a’’ o b, b’, b’’ del substrato 1, 21, 31 di Si(111);
D. crescere termicamente uno strato 3, 23, 33 monoatomico di silicio sullo strato 2, 22, 32 di nitruro di silicio.
La fase B viene preferibilmente effettuata come segue. Una volta che il substrato 1, 21, 31 di Si(111) à ̈ stato degassato in UHV (Ultra High Vacuum) per un tempo variabile di almeno 10’, non più di 12 h, ad una pressione di vuoto di almeno 1x10<-9>mbar, preferibilmente da 2x10<-10>a 4x10<-11>mbar, più preferibilmente da 2,5x10<-10>a 3,5x10<-11>mbar, il substrato 1, 21, 31 viene sottoposto ad almeno un riscaldamento repentino (flash) fino ad una temperatura compresa tra 850°C e 1150°C, preferibilmente compresa tra 900°C e 1100°C, più preferibilmente compresa tra 950°C e 1050°C, ancora più preferibilmente compresa tra 980°C e 1020°C, per almeno 10 s; preferibilmente con un riscaldamento ottenuto mediante passaggio di corrente elettrica, oppure mediante bombardamento elettronico oppure mediante contatto termico. Il controllo della pulizia della superficie a livello atomico della superficie del substrato 1, 21, 31 di Si(111) à ̈ operato preferibilmente mediante la verifica della ricostruzione 7x7.
Preferibilmente, prima della fase B à ̈ prevista una fase B.0 durante la quale lo strato di silicio cristallino viene sottoposto al trattamento basato su soluzione acquosa di acido fluoridrico (HF) e acido nitrico (HNO3) (nota come “procedura Shiraki†) atta alla rimozione dell’ossido nativo per proteggere la faccia pulita con ossido pulito.
La fase C viene preferibilmente effettuata come segue. La superficie pulita a, a’, a’’ o b, b’, b’’ del substrato 1, 21, 31 di Si(111) à ̈ mantenuta ad una temperatura compresa tra 700°C e 800°C, preferibilmente compresa tra 720°C e 780°C, più preferibilmente compresa tra 740°C e 760°C e contemporaneamente esposta a valori compresi tra 10 e 250 L (1 L equivale a 10<-6>Torr s), preferibilmente tra 50 e 200 L, più preferibilmente tra 90 e 150 L di ammoniaca (NH3). Ciò dà luogo ad una ricostruzione 8x8 della faccia superiore dello strato 2, 22, 32 di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β. E’ altresì possibile preparare la superficie 2, 22, 32 di nitruro di silicio in forma strutturale β, con la tecnica di nitrurazione tramite plasma, in presenza di N2, come insegnato nella prior art seguente: Hong Mao et al. Appl. Phys. Lett. 95 (2009) 222104.
In particolare, le fasi A, B, e C, sono preferibilmente effettuate secondo quanto insegnato dalle summenzionate divulgazioni di R. Flammini et al.
La fase D di crescita dello strato monoatomico di silicio cristallino avviene ad una temperatura preferibilmente fra i 100°C e 280°C, mai sopra i 350°C né sotto i 100°C, più preferibilmente tra i 250°C e 280°C, come segue. Una volta che sulla faccia a, a’, a’’ o b, b’, b’’ del substrato 1, 21, 31 Si(111) à ̈ stato cresciuto lo strato 2, 22, 32 di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β, si deve effettuare un recupero della pressione fino ad una pressione di almeno 1x10<-9>mbar. Successivamente, si procede alla crescita tramite MBE (epitassia da fasci molecolari) di silicio 3, 23, 33 sulla sommità dello strato 2, 22, 32 di nitruro di silicio. In particolare, l’inventore ha osservato che il silicio così cresciuto ha caratteristiche simili a quelle del grafene, ovvero caratteristiche di bassa dimensionalità per due ragioni: la prima à ̈ la capacità della superficie di nitruro di essere inerte fino a 300 °C non reagendo nemmeno con metalli molto reattivi, come l’oro o il cobalto; la seconda ragione à ̈ il bassissimo disallineamento reticolare, minore dell’ 1.2%, tra la faccia di β-Si3N4(0001) e la cella 2x2 del Si(111), e di conseguenza molto vicino alla costante reticolare del siliceneLiu et al. Phys. Rev. Lett. Vol.107(2011) 076802.
La Richiedente ha osservato che, quando à ̈ stato depositato silicene, gli atomi di silicio si dispongono secondo una struttura ibridizzata sp<2>/sp<3>che assicura la proprietà di ultra-elevata mobilità elettronica. In particolare, la diffusione degli atomi di silicio durante la crescita del silicio sotto forma di silicene à ̈ vantaggiosamente facilitata da un moderato incremento della temperatura della struttura β-Si3N4/Si(111), preferibilmente fra i 100°C e 280°C, mai sopra i 350°C né sotto i 100°C, più preferibilmente tra i 250°C e 280°C. Oltre la temperatura di 350°C lo strato di nitruro di silicio subirebbe fratture o spaccature (crack) superficiali che deteriorerebbero l’integrità e conseguentemente l’utilizzabilità della struttura complessiva monostrato di silicio/β-Si3N4/Si(111).
Finora à ̈ stato descritto un procedimento per la realizzazione di una struttura monostrato in cui si ha una crescita di silicio sotto forma di silicene 3, 23, 33 su uno strato 2, 22, 32 di nitruro di silicio.
Una seconda forma di realizzazione, come mostrato in Figura 3, à ̈ rappresentata dalla realizzazione di una struttura multistrato, utilizzando sempre lo stesso metodo. Tale struttura presenta la crescita di uno o più strati 23, 24 di silicio sotto forma di siliceneconsecutivi sullo strato 22 di nitruro di silicio.
Una terza forma di realizzazione, come mostrato in Figura 4, Ã ̈ rappresentata dalla realizzazione di una struttura multistrato in cui sono presenti alternanze consecutive di strato 32, 35 di nitruro di silicio e silicene 33, 36.
Una quarta forma di realizzazione rivendicata à ̈ rappresentata dalla possibilità di avere uno o più strati, come descritti in quel che precede, su entrambe le facce a, a’, a’’ o b, b’, b’’ del substrato 1, 21, 31.
Una quinta forma di realizzazione, come mostrato in Figura 2, Ã ̈ rappresentata dalla fase di passivazione della superficie 2, 22, 32 del nitruro di silicio mediante idrogenazione.
La fase di idrogenazione può essere eseguita prima della deposizione di silicio: si tiene un filamento caldo ad una temperatura compresa tra 1200°C e 2100°C, ovvero preferibilmente tra 1600 °C e 2000 °C, più preferibilmente tra 1700°C e 1900°C, ad una distanza compresa tra 0.5 cm e 3.5 cm, preferibilmente tra 1 cm e 2.5 cm, più preferibilmente tra 1,5 cm e 2,2 cm, dal substrato di silicio (a sua volta) tenuto ad una temperatura compresa tra 100°C e 200 °C, preferibilmente tra 120°C e 180°C, più preferibilmente tra 140°C e 170°C, in atmosfera di idrogeno molecolare (H2), a 10<-5>mbar per una durata temporale compresa tra 1’ e 40', ovvero preferibilmente tra 10’ e 30†̃, più preferibilmente tra 12’ e 18’. In seguito a questo procedimento si aspetterà che la temperatura del substrato torni a quella ambiente, e che la pressione torni almeno a 1x10<-9>mbar.
In quel che precede sono state descritte le fasi preferite di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma à ̈ da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per realizzare una struttura comprendente uno strato monoatomico di silicio cristallino su di uno strato elettricamente isolante di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β, comprendente nell’ordine le seguenti fasi: A. disporre di un substrato (1, 21, 31) di Si (111) a sé stante, detto substrato avente una prima faccia (a, a’, a’’) ed una seconda faccia (b, b’, b’’) principale; B. trattare il substrato (1, 21, 31) termicamente in modo che la superficie di Si (111) sia pulita, ovverosia non contaminata a livello atomico; C. crescere termicamente uno strato (2, 22, 32) di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β su almeno una faccia (a, a’, a’’ o b, b’, b’’) di detto substrato (1, 21, 31) di Si (111); D. crescere termicamente uno strato (3, 23, 33) monoatomico di silicio cristallino sullo strato (2, 22, 32) di nitruro di silicio.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 comprendente una ulteriore fase: B.0. trattare lo strato (3, 23, 33) monoatomico di silicio cristallino con soluzione acquosa di acido fluoridrico (HF) e acido nitrico (HNO3) atta alla rimozione dell’ossido nativo per proteggere la faccia pulita con ossido pulito.
  3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2 comprendente una ulteriore fase: C’. di passivazione dei legami pendenti dello strato (2, 22, 32) di nitruro di silicio tramite idrogeno ovvero tramite alogeni.
  4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente, dopo detta fase D, la ulteriore fase: D’. di crescita di uno strato monoatomico di silicio cristallino (3, 23, 33) tramite epitassia da fasci molecolari (MBE: MolecularBeamEpitaxy) ad una pressione di almeno 1x10<-9>mbar ed ad una temperatura dell’intera struttura, preferibilmente fra 100°C e 350°C, in particolare tra 150°C e 300°C, ancora più preferibilmente tra 250°C e 280°C.
  5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la fase D avviene incrementando la temperatura dell’intera struttura, tale temperatura essendo non superiore a 350 °C.
  6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la fase B comprende nell’ordine: B.1 degassare il substrato (1, 21, 31) di Si(111) in vuoto ultra alto (UHV: Ultra High Vacuum) per almeno 10’ ad una pressione di vuoto di almeno 1x10<-9>mbar B.2 sottoporre l’intera struttura ad almeno un riscaldamento repentino fino ad una temperatura compresa tra 850°C e 1150°C, preferibilmente compresa tra 900°C e 1100°C, più preferibilmente compresa tra 950°C e 1050°C, ancora più preferibilmente compresa tra 980°C e 1020°C, per almeno 10 s; preferibilmente tramite riscaldamento mediante corrente elettrica, ottenendo una superficie pulita a livello atomico del substrato (1, 21, 31) di Si(111).
  7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta almeno una faccia (a, a’, a’’ o b, b’, b’’) dello strato di Si(111) sottoposta a detta fase C. presenta una ricostruzione 7x7.
  8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6, caratterizzato dal fatto che detta fase C comprende una ulteriore fase: C’’. di mantenere l’intera struttura ad una temperatura compresa tra 700°C e 800°C, preferibilmente compresa tra 720°C e 780°C, più preferibilmente compresa tra 740°C e 760°C e contemporaneamente esposta a valori compresi tra 10L e 250 L (1 Langmuir equivale a 10<-6>Torr s), preferibilmente tra 50L e 200 L, più preferibilmente tra 90 L e 150 L di ammoniaca (NH3), ottenendo una ricostruzione 8x8 della faccia superiore dello strato (2, 22, 32) di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β cresciuto su detta faccia (a, a’, a’’ o b, b’, b’’).
  9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente una ulteriore fase E. di crescita termica di un ulteriore strato monoatomico di silicio cristallino (24) sullo strato (23) monoatomico di silicio cristallino realizzato durante detta fase D.
  10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che detta fase E. à ̈ ripetuta più volte.
  11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 8 comprendente una ulteriore fase E’. di sovrapposizione di uno strato (35) di nitruro di silicio cristallino nella forma strutturale β e di uno strato (36) monoatomico di silicio cristallino su detto strato (33) monoatomico di silicio cristallino precedentemente realizzato durante la fase D.
  12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11 caratterizzato dal fatto che detta fase E’. à ̈ ripetuta più volte.
  13. 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette fasi C., D., E, E’ può essere, da sola o in combinazione con le altre, essere attuata su entrambe le facce (a’’ o b’’) di detto substrato di Si(111).
  14. 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto strato (3, 23, 24, 33, 36) monoatomico di silicio cristallino à ̈ sotto forma di silicene.
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