JP6708875B2 - グラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法及びSiC基板の表面処理方法 - Google Patents
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Description
(1) SiC(s) → Si(v) + C(s)
(2) 2SiC(s) → Si(v) + SiC2(v)
(3) SiC(s) + Si(v) → Si2C(v)
30 坩堝(収容容器)
40 インゴット
41 SiC基板
42 グラフェン前駆体
43 グラフェン
44 インターカラント層
45 グラフェン前駆体付きSiC基板
46 グラフェン付きSiC基板
50 走査型電子顕微鏡
Claims (17)
- SiC基板を加熱することで当該SiC基板の表面のSi面のSi原子を昇華させてグラフェン前駆体を形成するとともに、当該グラフェン前駆体がグラフェンに覆われる前に加熱を停止するグラフェン前駆体形成工程を含み、
前記グラフェン前駆体形成工程で処理されるSiC基板には、複数段の分子層からなるステップが形成されており、
前記ステップには、C原子の未結合手が1本の分子層よりも前記表面側に、C原子の未結合手が2本の分子層が位置するステップ構造が形成されていることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記SiC基板は、<1−100>方向に対して傾斜するようにオフ角が形成されていることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記グラフェン前駆体形成工程で処理される前記SiC基板が4H−SiCの場合は、4段の分子層からなるステップが形成されており、ステップ高さが高い方の2つの分子層ではC原子の未結合手が2本であり、ステップ高さが低い方の2つの分子層ではC原子の未結合手が1本であることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記グラフェン前駆体形成工程の前に、前記SiC基板をSi蒸気圧下で加熱することで当該SiC基板をエッチングするエッチング工程を行うことを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項4に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記エッチング工程は、少なくとも加熱温度とエッチング速度を含んで決定される所定の処理条件の下で行われることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項4に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記エッチング工程は、エッチング速度が1μm/min以上で行われることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記グラフェン前駆体形成工程は、1400℃以上2000℃以下で行われることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記グラフェン前駆体形成工程は、1550℃以上1650℃以下で行われることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記グラフェン前駆体形成工程は、少なくとも内面が熱分解炭素で構成された処理容器に前記SiC基板を収容した状態で行われることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記グラフェン前駆体形成工程では、前記SiC基板の前記ステップの基端側から先端側に向かって均一に前記グラフェン前駆体が形成されていくことを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載のグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法であって、
前記SiC基板のSi面において隣接する4つのSi原子で構成される菱形の1辺を6√3倍し、Si面に垂直な方向を回転軸として30°回転させた形状を最小パターンとして、Si面のSi原子と前記グラフェン前駆体のC原子の配列パターンが重なっていることを特徴とするグラフェン前駆体付きSiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法で製造された前記グラフェン前駆体付きSiC基板に対して、前記グラフェン前駆体と、前記SiC基板と、の間に元素を挿入することで、前記グラフェン前駆体と前記SiC基板の結合を切断して、前記SiC基板上に前記グラフェン前駆体を介さずに、グラフェンを形成することを特徴とするグラフェン付きSiC基板の製造方法。
- グラフェン前駆体形成工程の処理条件の判定方法において、
前記グラフェン前駆体形成工程は、SiC基板を加熱することで当該SiC基板の表面のSi面のSi原子を昇華させてグラフェン前駆体を形成するとともに、当該グラフェン前駆体がグラフェンに覆われる前に加熱を停止する工程であり、
前記グラフェン前駆体形成工程で処理されるSiC基板には、複数段の分子層からなるステップが形成されており、当該ステップには、C原子の未結合手が1本の分子層よりも前記表面側に、C原子の未結合手が2本の分子層が位置するステップ構造が形成されており、
前記グラフェン前駆体形成工程で用いられる前記SiC基板について、当該SiC基板の前記ステップの高さ方向に対して傾斜した方向から走査型電子顕微鏡の電子線を照射して得られるSEM像の明暗に基づいて、前記SiC基板が前記ステップ構造を有しているか否かを判定することを特徴とするグラフェン前駆体形成工程の処理条件の判定方法。 - グラフェン前駆体形成工程の処理条件の判定方法において、
前記グラフェン前駆体形成工程は、SiC基板を加熱することで当該SiC基板の表面のSi面のSi原子を昇華させてグラフェン前駆体を形成するとともに、当該グラフェン前駆体がグラフェンに覆われる前に加熱を停止する工程であり、
前記グラフェン前駆体形成工程で処理されるSiC基板には、複数段の分子層からなるステップが形成されており、当該ステップには、C原子の未結合手が1本の分子層よりも前記表面側に、C原子の未結合手が2本の分子層が位置するステップ構造が形成されており、
前記グラフェン前駆体形成工程は、処理容器に前記SiC基板を収容した状態で行われ、
容積が異なる複数の前記処理容器で前記グラフェン前駆体形成工程を行い、前記SiC基板の前記ステップの基端側から先端側に向かって均一に前記グラフェン前駆体が形成されていくか、前記SiC基板に不均一に前記グラフェン前駆体が形成されていくかを観察することで、前記処理容器に必要な容積を判定することを特徴とするグラフェン前駆体形成工程の処理条件の判定方法。 - SiC基板をSi蒸気圧下で加熱してエッチングすることで、当該SiC基板の表面に複数段の分子層からなるステップを形成する表面処理方法において、
少なくともエッチング速度及び加熱温度を調整することで、前記SiC基板に形成されるステップの分子層の段数及びそれぞれの段における未結合手の本数で規定される複数種類のステップ構造のうちの何れかのステップ構造を選択的に形成することを特徴とするSiC基板の表面処理方法。 - SiC基板をSi蒸気圧下で加熱してエッチングすることで、当該SiC基板の表面に複数段の分子層からなるステップを形成する表面処理方法において、
少なくともエッチング速度及び加熱温度を調整することで、複数種類のステップ構造のうちの何れかのステップ構造を選択的に形成し、
前記SiC基板は4H−SiCであり、
ステップ構造には、
4段の分子層からなるステップが形成されており、ステップ高さが高い方の2つの分子層ではC原子の未結合手が2本であり、ステップ高さが低い方の2つの分子層ではC原子の未結合手が1本であるステップ構造Aと、
2段の分子層からなるステップが形成されており、C原子の未結合手が両方の分子層で1本のステップと、C原子の未結合手が両方の分子層で2本のステップと、が交互に繰り返されるステップ構造Bと、
4段の分子層からなるステップが形成されており、ステップ高さが高い方の2つの分子層ではC原子の未結合手が1本であり、ステップ高さが低い方の2つの分子層ではC原子の未結合手が2本であるステップ構造Cと、
が含まれており、ステップ構造A、ステップ構造B、及びステップ構造Cのうち何れかのステップ構造を選択的に形成することを特徴とするSiC基板の表面処理方法。 - 表面処理方法で処理されたSiC基板のステップ構造を判定するステップ構造の判定方法において、
前記表面処理方法は、SiC基板をSi蒸気圧下で加熱してエッチングすることで、当該SiC基板の表面に複数段の分子層からなるステップを形成する方法であり、
当該表面処理方法では、少なくともエッチング速度及び加熱温度を調整することで、前記SiC基板に形成されるステップの分子層の段数及び当該分子層のC原子の未結合手の本数の少なくとも何れかが異なる複数種類のステップ構造のうちの何れかのステップ構造を選択的に形成し、
前記SiC基板にステップ構造を形成した後において、当該SiC基板の前記ステップの高さ方向に対して傾斜した方向から走査型電子顕微鏡の電子線を照射して得られるSEM像の明暗に基づいて、前記SiC基板が前記ステップ構造を有しているか否かを判定する処理を行うことを特徴とするSiC基板のステップ構造の判定方法。
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