WO2013182637A1 - Verfahren zur ausbildung geschlossener flächiger schichten aus sp2-hybridisierten kohlenstoffatomen oder graphen auf der oberfläche eines substrats und mit dem verfahren beschichtetes substrat - Google Patents

Verfahren zur ausbildung geschlossener flächiger schichten aus sp2-hybridisierten kohlenstoffatomen oder graphen auf der oberfläche eines substrats und mit dem verfahren beschichtetes substrat Download PDF

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Sigurd Schrader
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Technische Hochschule Wildau (Fh)
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    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment

Definitions

  • the present invention relates to a method of forming closed sheet layers of sp 2 -hybridized carbon atoms or graphene on the surface of a substrate and a substrate coated with the method.
  • the graphene which has only been intensively studied for a few years, has a number of extraordinary physical properties.
  • Graphene is a carbon modification consisting of carbon in the sp 2 modification. It is a two-dimensional structure with a layer thickness of about 0.335 nm.
  • Substrate material must be cleanroom compatible and compatible with the requirements of the semiconductor industry (Si0 2 at best).
  • the technique of the vacuum arc evaporator utilizes an electrical arc discharge that burns between a target, typically a cathode, and an anode.
  • a target typically a cathode
  • an anode For the formation of coatings of carbon on substrates usually a graphite target is used.
  • the carbon in the deposited layer is largely present in the sp 3 modification.
  • a so-called plasma filter is placed in front of the substrate.
  • Plasma filters can be curved (for example 60 °), so that a direct impact of macroparticles on the surface of the substrate can be avoided.
  • a plasma filter is e.g. known from DE 199 24 094 C2.
  • a plasma filter may have one or more electrical coils with which magnetic fields can be formed. By one or more magnetic field (s) of the plasma flow can be influenced, in particular to be able to keep larger particles from the substrate surface.
  • lamellae can be arranged, which improve this effect and in particular can absorb reflected particles.
  • Claim 12 defines a substrate having a graphene layer or a layer formed with sp 2 -hybridized carbon atoms prepared by the process. Further preferred embodiments can be realized with features which are specified in the subordinate claims.
  • a device in which electrical arc discharges are utilized in vacuum between an anode and a cathode formed of graphite. With ignited and operated electric arc discharges, a plasma is formed from which singly charged carbon ions are directed through a filter to separate larger particles onto a surface of the substrate.
  • an additional treatment of the carbon layer formed on the substrate surface is carried out with an energy input in a first alternative.
  • This can be for example a storage or heat treatment, which is carried out at a temperature starting from room temperature to a maximum of 1500 ° C. In a heat treatment, a temperature range between 500 ° C and 1100 ° C is preferred.
  • the additional treatment can be carried out during but also after the formation of the layer formed with the carbon atoms.
  • the additional treatment can also be carried out by irradiation with electromagnetic radiation, electron radiation or the action of low-energy particles, exposure preferably being able to take place in pulsed form.
  • electromagnetic radiation preferably laser radiation, electron radiation, a flash lamp or infrared radiation can be used.
  • the time required for this form of additional treatment can be influenced.
  • a closed layer preferably sp 2 -hybridized carbon atoms or a graphene layer forms on the substrate surface.
  • the effective energy of the carbon ions should be reduced before they strike the surface of the substrate.
  • the reduction of the effective energy with which the carbon ions impinge can be achieved again with two alternatives, which can be used alone or together.
  • this is to maintain an inert atmosphere in which a partial pressure of the inert gas used, which is preferably argon or helium, of at least 0.05 Pa and at most 50 Pa, preferably of 1 Pa, is maintained.
  • the carbon ions can be directed onto this substrate surface at an angle of less than or equal to 80 °, preferably smaller than or equal to 40 ° with respect to the substrate surface.
  • the angle of impact of the carbon ions can be chosen specifically.
  • the substrate to be coated can be arranged correspondingly inclined and the angle of inclination can be adjusted accordingly in order to reduce the effective energy with which carbon ions impinge on the surface of the substrate in a suitable form.
  • a full-surface coating of the substrate surface can be understood.
  • corresponding masks can be arranged in front of the substrate surface, with which areas not to be coated are shaded.
  • the electric arc discharge should be pulsed ignited and operated.
  • the dosage of the impacting on the surface of the substrate carbon ions can be improved and a more uniform distribution of the carbon atoms can be achieved on the surface.
  • a mass occupancy of carbon atoms on the substrate surface which is greater than one atomic layer and corresponds to a maximum of 1.5 times, preferably 1.2 times a mono- atomic layer of graphene.
  • the mass occupancy is in the range
  • An additional treatment can be carried out by direct or indirect heating of the substrate.
  • the substrate In order to homogenize / even out the distribution of the carbon atoms on the substrate surface, the substrate can be moved during the coating with the carbon ions. In this case, the substrate can rotate or be moved in translation. In a translational movement, large-format substrates can be graphene-covered. In this case, even a film which is unwound from a roll can be provided with the graphene layer. Even a roll-to-roll process is possible.
  • a plurality of electrical arc discharges can be used in parallel, which are preferably ignited and operated on a plurality of anode-cathode arrangements, as described.
  • a graphene layer on a substrate surface can be understood as a pure graphene layer as well as a graphene layer in which locally distributed carbon atoms can still be present in the sp 3 modification. In the latter case, the proportion of graphene outweighs the sp 3 content.
  • An existing sp 3 content can advantageously influence the mechanical properties.
  • the graphene layer can be formed on many materials.
  • the layer thickness of the carbon layer formed on the substrate surface can be influenced by means of the number of electrical arc discharges, the respective pulse duration and / or the speed with which the substrate is moved.
  • the carbon ions should be directed through a curved filter on the substrate surface, with a bending angle of at least 30 ° is observed.
  • the heat treatment or storage as special forms of additional treatment may be carried out for a period of time ranging from several seconds to several days, preferably in the range of 1 minute to 5 hours, with a holding time of the maximum temperature ranging from 1 second to 1 hour.
  • the graphene layer should have a mass occupancy in the region of a monolayer of graphene, with a maximum allowable deviation of 20% from a monolayer, and the graphene layer has an electrically conductive layer closed over the coated area form.
  • the graphene layer should be at least 80% optically transparent in the region of the electromagnetic radiation around 550 nm and / or have an electrical surface resistance of at most 500 kQ n .
  • “Monolayer / monoatomic carbon layers” means that a two-dimensionally planar coating of the substrate with a height between 0.3 and 3.0 atoms (0.010 nm to 0.101 nm), preferably between 0.5 and 1.5 atoms (0.017 nm to 0 , 50 nm) is generated.
  • the graphene can be used without further post-processing in the semiconductor and other industries. Due to the impact of the carbon ions on the substrate surface at an angle ⁇ 80 ° with respect to the substrate surface, the carbon ions, which have an energy in the range of about 20 eV - 30 eV, neither penetrate too deeply into the substrate nor bounce off the substrate or be reflected, ie their effective ion energy is reduced in this case to a suitable level.
  • Carbon deposition and additional treatment can be separated spatially and temporally.
  • the carbon-coated substrate is discharged from the chamber in which it was coated, and vented or exposed to a protective gas atmosphere.
  • the additional treatment can then take place in a second chamber under the conditions mentioned above.
  • carbon deposition and additive treatment can be performed simultaneously in the same chamber.
  • the substrate may be present as strip material and the process can then be carried out correspondingly continuously.
  • carbon capture and additional treatment ie transformation into graphene in the same chamber
  • the output of the plasma filter are flanged directly to another device in which the temperature-controlled substrate is located.
  • carbon separation and additional treatment take place without spatial separation, it should be noted with regard to the atmosphere that vacuum impedes energy transfer by means of external heating. In this case, the energy required for heating can be coupled directly, possibly pulsed.
  • the additional treatment can form the monolayer graphene. Since the removal of ta-C-carbon by means of filtered vacuum arc does not require a catalytic substrate surface, graphene formation on any materials is possible. Low energy of the carbon ions during the Ta-C deposition can favorably influence the formation of graphene and its quality.
  • a mono- or multilayer metal layer covering the substrate at least partially covering the substrate can be provided Substrate are deposited.
  • the Metealuftrag can take place by means of common coating methods, i.
  • other methods such as sputtering, can also be used.
  • a device for depositing monolayer carbon layers or for producing a graphene layer may correspond in terms of construction and type of its components vacuum chamber, vacuum arc source and plasma filter to the systems that are already known from the prior art. This also applies to the parameters with which the electrical arc discharges can be ignited and operated.
  • a device in which the method according to the invention can be carried out can have the following constituents, at least for the formation of the carbon layer on the substrate surface:
  • Vacuum-arc source with filter mounted to the vacuum chamber such that the angle of impact of the carbon ions on the substrate surface at a suitable angle with respect to the substrate surface with which the effective energy of the carbon ions before impinging on the substrate surface can be sufficiently reduced.
  • the angle of incidence may be ⁇ 80 °, preferably ⁇ 60 °, particularly preferably ⁇ 40 °;
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a device with a filtered vacuum-arc source and a substrate arranged at an inclined angle, in which the method according to the invention can be carried out.
  • FIG. 2 shows the Raman spectrum of a 20 nm thick ta-C layer on silicon dioxide (calibration layer).
  • Figure 3 shows the Raman spectrum of an ultrathin, i. monolayer carbon layer before and after a heat treatment.
  • FIG. 4 shows the comparison of Raman spectra of graphene on copper and on silicon dioxide.
  • the plasma filter consists of electrical filter coils 5, through which the carbon ions are passed 6 and which form the filter sheet 7.
  • an electric focusing coil 8 is arranged.
  • the carbon ions 6 strike the surface of the substrate 9, which is positioned in the vacuum chamber 10, resulting in an acute angle of incidence of the carbon ions.
  • negative pressure is generated by means of a vacuum pump.
  • the substrate 9 is located on a substrate holder 12 which may be movable by means of a motor.
  • lamellae In the interior of the plasma filter, preferably lamellae (not shown) are arranged which are angled counter to the direction of movement of the carbon ions and which ensure trapping of reflected particles.
  • Vacuum recipient 10 introduced and coated after reaching an operating pressure of ⁇ 10 4 Pa with the carbon ions 6 from a filtered vacuum arc source coated.
  • a so-called ⁇ -HCA source is used, as it is characterized by a particularly high level of filtering and because of its pulsed operation by precise metering and repeatability.
  • the deposition rate of the source was previously calibrated by the deposition of a thicker layer (> 20 nm) of amorphous carbon (density 3.0 g / cm 3 ) and in the present example is 0.02 nm per discharge pulse.
  • a number of pulses is performed, as it corresponds to a mass density of 1.2 monolayers of graphene.
  • N Pu pulse number of ⁇ -HCA plasma source
  • RHCA deposition rate of the plasma source 2.0-10 11 m / pulse
  • the substrate is set at an angle of 20 ° with respect to the substrate surface relative to the direction of movement of the carbon ions.
  • the substrate 9 is discharged and introduced into the aftertreatment chamber. There it is heated in vacuo at a pressure of 10 4 Pa for 30 minutes until a temperature of 900 ° C is reached. The substrate 9 is then held at this maximum temperature for 15 minutes. After cooling, as soon as the temperature has fallen below 80 ° C, the substrate 9 is discharged and can be further processed.
  • FIG. 2 shows the Raman spectrum of a 20 nm thick calibration layer. A typical spectrum of an amorphous carbon layer with a sp bond angle of about 50% can be seen here.
  • FIG. 3 shows a comparison of the Raman spectra of a 1.2 atomic layer thick carbon coating before and after the heat treatment, as an insertable form of an additional treatment.
  • the characteristic graphene peaks (D, G, 2D) can be detected in the heat-treated layer (see FIGS. 3 and 4).
  • FIG. 4 shows a comparison of the Raman spectra of graphene on copper (deposited by CVD) and the heat-treated graphene layer on silicon dioxide.
  • the D-peak of graphene on silicon is higher, which still suggests defects in the layer.
  • the lower and widened 2D peak indicates the same situation.
  • the presence of all characteristic peaks for graphene in the Raman spectrum nevertheless shows a coverage of the silicon dioxide sample with graphene.
  • a closed layer can be detected over an area of one cm 2 with high conductivity, whereby the area is limited by the measuring method and not by the deposition process.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung geschlossener flächiger Schichten aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen oder Graphen auf der Oberfläche eines Substrats und mit dem Verfahren beschichtetes Substrat. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden unter Vakuumbedingungen durch eine zwischen einer Anode und einer Kathode, die aus Graphit gebildet ist, elektrische Bogenentladungen gezündet und betrieben. Dabei wird ein Plasma gebildet, von dem einfach geladene Kohlenstoffionen durch ein Filter, zur Separation größerer Partikel, auf eine Oberfläche des Substrats gerichtet werden und dadurch eine Schicht aus Kohlenstoff in der Graphenmodifikation oder mit sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen ausgebildet wird. In einer Alternative kann eine Zusatzbehandlung der auf der Substratoberfläche ausgebildeten Kohlenstoffschicht durchgeführt werden, bei der ein Energieeintrag erfolgt. In einer zweiten Alternative, die allein oder zusätzlich durchgeführt werden kann, soll die effektive Energie, mit der Kohlenstoffionen auf die Substratoberfläche auftreffen, vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Substrats reduziert werden.

Description

Verfahren zur Ausbildung geschlossener flächiger Schichten aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen oder Graphen auf der Oberfläche eines
Substrats und mit dem Verfahren beschichtetes Substrat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung geschlossener flächiger Schichten aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen oder Graphen auf der Oberfläche eines Substrats und ein mit dem Verfahren beschichtetes Substrat.
Das erst seit wenigen Jahren intensiv untersuchte Graphen hat eine Reihe außergewöhnlicher physikalischer Eigenschaften. Graphen ist eine Kohlenstoffmodifikation, die aus Kohlenstoff in der sp2-Modifikation besteht. Es handelt sich um eine zweidimensionale Struktur mit einer Schichtdicke von ca. 0.335 nm.
Neben der extrem hohen Ladungsträgerbeweglichkeit sowie elektrischen Leitfähigkeit verfügt es über die höchste Zugfestigkeit aller bisher bekannten Werkstoffe und zeigt eine konstante Absorption über einen sehr breiten optischen Spektralbereich.
Wegen der hohen Ladungsträgerbeweglichkeit können mit Graphen-basierten Transistoren Taktraten im Bereich von einigen hundert GHz bis in den THz- Bereich erreicht werden. Weiterhin ist der spezifische elektrische Flächenwiderstand von Graphen sehr niedrig, so dass es als elektrisch leitfähige, transparente Schicht (optische Transparenz ca. 98%) eingesetzt werden kann und konventionelle elektrisch leitende und optisch transparente Werkstoffe, wie z.B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), ersetzen kann.
Bisher ist es jedoch nicht gelungen, diese Modifikation des Kohlenstoffs großflächig auf einem dielektrischen Werkstoff direkt abzuscheiden. Ein breiter industrieller Einsatz von Graphen ist bisher nicht möglich, da es gegenwärtig nur sehr spezielle Verfahren zur Graphen-Herstellung gibt, die zudem an besondere Substrate gebunden sind (z.B. katalytisch wirkende Metalle, wie Kup- fer). Der Umstand dieser eingeschränkten Zugänglichkeit von Graphen behindert insbesondere die angewandte Forschung und Entwicklung, z.B. in den Bereichen Mikroelektronik, Optoelektronik, Photonik, Sensorik, Aktorik und Photovoltaik, in denen man ein sehr großes Entwicklungspotenzial beim Einsatz von Graphen sieht.
Um Graphen als Werkstoff industriell, z.B. in der Halbleiterindustrie einsetzen zu können, müssen folgende Rahmenbedingungen erfüllt sein:
1) Großflächige oder gezielte, lokale Abscheidung von Graphen,
2) Temperaturen innerhalb des für die Halbleiterindustrie verträglichen Bereichs (unter 1000°C),
3) Abscheidung auf Metall-, Halbleiter- und Isolatormaterial,
4) Substratwerkstoff muss reinraumgeeignet und kompatibel zu den Anforderungen der Halbleiterindustrie (günstigstenfalls Si02) sein.
Eine großflächige Abscheidung von Graphen auf dielektrischen Werkstoffen ist derzeit wie bereits erwähnt nicht bekannt.
Aktuelle Forschungen zielen auf die möglichst defektfreie Abscheidung von Graphen auf kataiytischen Metalloberflächen (z.B. Nickel, Kupfer, Iridium etc.) ab. Dabei ist es nachteilig, dass nach der Abscheidung eine Exfoliation (Entfernen der Graphenschicht von der Substratoberfläche) erfolgen muss, um das Graphen auf einen dielektrischen Werkstoff zu applizieren. Dieses Verfahren ist technologisch aufwändig und birgt eine Reihe von Risiken:
1) Rückstände des Substratmaterials (Metall) bleiben am Graphen haften. Damit ist die Benutzung für Halbleiterbauelemente problematisch.
2) Rückstände von Hilfschemikalien (z. B. PMMA) verbleiben auf dem Graphen.
3) Zusätzliche Prozessschritte sind zeitaufwändig und bergen die Gefahr, das Graphen zu beschädigen oder zu zerstören. Generell sind zur Oberflächenbeschichtung verschiedene hochvakuumbasier- te Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise PVD-Verfahren (Sputtern und die Beschichtung mittels Vakuumbogen-Verdampfer) bekannt.
Die Technik des Vakuumbogen-Verdampfers nutzt eine elektrische Bogenentladung, die zwischen einem in der Regel als Kathode geschalteten Target und einer Anode brennt. Für die Ausbildung von Beschichtungen aus Kohlenstoff auf Substraten wird üblicherweise ein Graphittarget eingesetzt. Dabei liegt der Kohlenstoff in der deponierten Schicht zu großen Teilen in der sp3 - Modifikation vor.
Bei elektrischen Bogenentladungen im Vakuum erfolgt eine lokale Verdampfung des Kathodenwerkstoffs in den Kathodenbrennflecken eines Lichtbogens. Üblicherweise werden für die Zündung und den Betrieb elektrischer Bogenentladungen niedrige elektrische Spannungen von ca. 20 V und hohe elektrische Ströme von ca. 100 A eingesetzt. Der elektrische Bogenstrom kann kontinuierlich, gepulst oder moduliert betrieben werden. Das infolge von Zündung und Bogenentladung erzeugte Plasma gelangt zu einem Substrat, das beschichtet werden soll.
Bei der Verdampfung von Kohlenstoff mittels elektrischer Bogenentladung im Vakuum werden fast ausschließlich einfach geladene Kohlenstoffionen emittiert. Bekanntermaßen ordnen sich diese aber als amorphe Schicht an, die überwiegend in der sp3 - Modifikation des Kohlenstoffs vorliegt. Durch die üblicherweise bei der Bogenverdampfung auftretenden hohen Energie der Kohlenstoffionen dringen diese mehrere Atomlagen tief in die Oberfläche des Substratmaterials ein. Dieser als Subplantation bezeichnete Prozess führt dazu, dass sich eine geschlossene Kohlenstoffschicht erst dann ausbildet, wenn bereits relativ viel Kohlenstoff abgeschieden wurde. Bei der Abscheidung geringer Mengen in der Größenordnung einer Mono-Atomlage bildet sich eine Mischschicht aus, die sich nicht in Graphen umwandeln lässt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass neben den Ionen auch eine große Zahl von Makropartikeln erzeugt werden, die in die sich ausbildende Schicht eingebaut werden und somit die Ausbildung einer geschlossenen flächigen onolage verhindern.
Häufig wird ein so genanntes Plasmafilter vor dem Substrat angeordnet.
Plasmafilter können dabei gekrümmt (beispielsweise 60°) ausgebildet sein, so dass ein direktes Auftreffen von Makropartikeln auf die Oberfläche des Substrats vermieden werden kann. Ein Plasmafilter ist z.B. aus DE 199 24 094 C2 bekannt. Ein Plasmafilter kann eine oder mehrere elektrische Spulen aufweisen, mit der/denen magnetische Felder ausgebildet werden können. Durch ein oder mehrere Magnetfeld(er) kann der Plasmastrom beeinflusst werden, um insbesondere größere Partikel von der Substratoberfläche fernhalten zu können. Im Inneren des Plasmafilters können dabei Lamellen angeordnet sein, die diesen Effekt verbessern und insbesondere reflektierte Partikel abfangen können.
Solche gefilterten Vakuumbögen, z.B. in der Bauform des Φ-HCA (HCA=High Current Are), wurden bisher bereits zur Kohlenstoffabscheidung auf Substraten als diamantähnliche Beschichtung eingesetzt.
Sowohl thermische Verdampfung als auch Sputtern erzeugen neben einzelnen Kohlenstoffatomen eine großen Anteil von Clustern (C2, C3 ... C12 bis hin zu Fullerenen C6o), die sich ungleichmäßig auf der Oberfläche verteilen. Während sich dabei lokale Inseln ausbilden, bleiben dazwischen auch große Lücken.
Mit Ausnahme des CVD-Prozesses zur Abscheidung von Graphen auf katalyti- schen Metalloberflächen ist keines der bisher bekannten Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung in der Lage, eine geschlossene flächige Graphenschicht auf einer Substratoberfläche auszubilden. Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem war somit die Bereitstellung eines Verfahrens, das die Ausbildung von geschlossenen flächigen aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildeten Schichten oder Graphenschichten auf Substratoberflächen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch 12 definiert ein Substrat mit Graphenschicht oder einer Schicht, die mit sp2- hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildet ist, das mit dem Verfahren hergestellt worden ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen können mit Merkmalen, die in untergeordneten Ansprüchen bezeichnet sind, rea lisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, ausgehend von den bekannten Verfahren, eine Vorrichtung eingesetzt, bei der elektrische Bogenentladungen im Vakuum zwischen einer Anode und einer Kathode, die aus Graphit gebildet ist, ausgenutzt werden. Mit gezündeten und betriebenen elektrischen Bogenentladungen wird ein Plasma gebildet, von dem einfach geladene Kohlenstoffionen durch ein Filter zur Separation größerer Partikel auf eine Oberfläche des Substrats gerichtet werden.
Außerdem wird eine Zusatzbehandlung der auf der Substratoberfläche ausgebildeten Kohlenstoffschicht mit einem Energieeintrag in einer ersten Alternative durchgeführt. Dies kann beispielsweise eine Lagerung oder Wärmebehandlung sein, die bei einer Temperatur ausgehend von Raumtemperatur bis maximal 1500° C durchgeführt wird. Bei einer Wärmebehandlung ist ein Temperaturbereich zwischen 500° C und 1100° C bevorzugt.
Die Zusatzbehandlung kann während aber auch nach der Ausbildung der mit den Kohlenstoffatomen gebildeten Schicht durchgeführt werden. Die Zusatzbehandlung kann auch durch eine Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, Elektronenstrahlung oder einer Einwirkung niederenergetischer Teilchen durchgeführt werden, wobei eine Exposition bevorzugt in gepulster Form erfolgen kann. Hierfür kann bevorzugt Laserstrahlung, Elektronenstrahlung, eine Blitzlampe oder Infrarotstrahlung eingesetzt werden.
Je nach eingesetzter Energiedichte, mit der auf der Substratoberfläche angeordnete Kohlenstoffatome behandelt werden, kann die erforderliche Zeit für diese Form der Zusatzbehandlung beeinflusst werden. Im Ergebnis der Zusatzbehandlung, die während oder nach der Abscheidung der Kohlenstoffatome erfolgt, bildet sich eine geschlossene Schicht, vorzugsweise sp2 - hybridisierter Kohlenstoffatome bzw. eine Graphenschicht auf der Substratoberfläche aus.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Alternative, die allein oder zusätzlich zur ersten Alternative eingesetzt werden kann, soll die effektive Energie der Kohlenstoffionen vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Substrats reduziert werden.
Die Reduzierung der effektiven Energie, mit der die Kohlenstoffionen auftreffen, kann man wieder mit zwei Alternativen, die jeweils allein oder gemeinsam eingesetzt werden können, erreichen. Dies ist zum Einen die Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre, bei der ein Partialdruck des eingesetzten Inertgases, das bevorzugt Argon oder Helium ist, von mindestens 0,05 Pa und maximal 50 Pa, bevorzugt von 1 Pa eingehalten wird. Zum Anderen können die Kohlenstoffionen mit einem Winkel kleiner-gleich 80 °, bevorzugt kleinergleich 40 ° in Bezug zur Substratoberfläche auf diese Substratoberfläche gerichtet werden. Der Auftreffwinkel der Kohlenstoffionen kann gezielt gewählt werden. Hierfür kann das zu beschichtende Substrat entsprechend geneigt angeordnet und der Neigungswinkel entsprechend eingestellt werden, um die effektive Energie, mit der Kohlenstoffionen auf die Oberfläche des Substrats auftreffen, in geeigneter Form zu reduzieren.
Als eine flächige geschlossene Beschichtung kann eine vollflächige Beschich- tung der Substratoberfläche verstanden werden. Es können aber auch lediglich ausgewählte Oberflächenbereiche beschichtet werden und dabei andere Bereiche der Substratoberfläche unbeschichtet bleiben. Im letztgenannten Fall können beispielsweise entsprechende Masken vor der Substratoberfläche angeordnet werden, mit denen nicht zu beschichtende Bereiche abgeschattet werden.
Bevorzugt sollte die elektrische Bogenentladung gepulst gezündet und betrieben werden. Dadurch kann die Dosierung der auf die Oberfläche des Substrates auftreffenden Kohlenstoffionen verbessert und eine gleichmäßigere Verteilung der Kohlenstoffatome auf der Oberfläche erreicht werden.
Es sollte mit den Kohlenstoffionen eine Massenbelegung an Kohlenstoffatomen auf der Substratoberfläche erreicht werden, die größer als eine Atomlage ist und maximal dem 1,5-fachen, bevorzugt dem 1,2 fachen einer Mono- Atomlage von Graphen entspricht. Die Massenbelegung liegt dabei im Bereich
3,8 * 1019 Atome/m2. Diese Massenbelegung kann durch die Zusatzbehandlung in Richtung einer einzigen graphenartig gebundenen Mono-Atomlage umgewandelt.
Eine Zusatzbehandlung kann durch direkte oder indirekte Beheizung des Substrats erfolgen. Zur Homogenisierung/Vergleichmäßigung der Verteilung der Kohlenstoffatome auf der Substratoberfläche kann bei der Beschichtung mit den Kohlenstoffionen das Substrat bewegt werden. Dabei kann das Substrat rotieren oder translatorisch bewegt werden. Bei einer translatorischen Bewegung können großformatige Substrate mit Graphen belegt werden. Es kann dabei sogar eine Folie, die von einer Rolle abgewickelt wird, mit der Graphenschicht versehen werden. Es ist sogar ein Verfahren von Rolle zu Rolle möglich.
Bei der Erfindung können auch mehrere elektrische Bogenentladungen parallel eingesetzt werden, die bevorzugt an mehreren Anoden- Kathodenanordnungen, wie beschrieben, gezündet und betrieben werden.
Im Sinne der Erfindung kann eine Graphenschicht auf einer Substratoberfläche als reine Graphenschicht sowie auch eine Graphenschicht in der lokal verteilt noch Kohlenstoffatome in der sp3 -Modifikation vorliegen können, verstanden werden. Im letztgenannten Fall überwiegt der Graphenanteil den sp3 -Anteil. Ein vorhandener sp3 -Anteil kann die mechanischen Eigenschaften vorteilhaft beeinflussen.
Prinzipiell kann die Graphenschicht auf vielen Werkstoffen ausgebildet werden. Es hat sich aber überraschenderweise herausgestellt, dass auch eine Ausbildung direkt auf einem aus dielektrischem Werkstoff gebildeten Substrat oder einer dielektrischen Beschichtung, die auf dem Substrat ausgebildet ist, möglich ist. Bevorzugt ist dabei Siliziumoxid als dielektrischer Werkstoff.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit einer Beschichtungsrate im Bereich von 0,005 nm bis 0,1 nm, bevorzugt zwischen 0,01 nm und 0,05 nm für jeden Entladungsimpuls der elektrischen Bogenentladung gearbeitet wer- den. Die Schichtdicke der auf der Substratoberfläche ausgebildeten Kohlenstoffschicht kann mittels der Anzahl der elektrischen Bogenentladungen, der jeweiligen Pulsdauer und/oder der Geschwindigkeit, mit der das Substrat bewegt wird, beeinflusst werden. Bevorzugt sollten die Kohlenstoffionen durch ein gebogenes Filter auf die Substratoberfläche gerichtet werden, wobei ein Biegewinkel von mindestens 30° einzuhalten ist.
Die Wärmebehandlung oder Lagerung als spezielle Formen einer Zusatzbehandlung können über einen Zeitraum im Bereich von einigen s bis einigen Tagen, vorzugsweise im Bereich von 1 min und 5 h, bei einer Haltezeit der maximalen Temperatur im Bereich 1 s bis 1 h, durchgeführt werden.
Bei einem Substrat, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, sollte die Graphenschicht eine Massenbelegung im Bereich einer Monolage von Graphen, mit einer maximal zulässigen Abweichung von 20 % von einer Monolage, aufweisen und die Graphenschicht eine über die beschichtete Fläche geschlossene elektrisch leitende Schicht bilden.
Die Graphenschicht sollte im Bereich der elektromagnetischen Strahlung um 550 nm mindestens 80 % optisch transparent sein und/oder einen elektrischen Flächenwiderstand von maximal 500 kQn aufweisen.
„Monolagige/monoatomare Kohlenstoffschichten" bedeuten, dass eine zweidimensional flächige Beschichtung des Substrats mit einer Höhe zwischen 0,3 und 3,0 Atomen (0,010 nm bis 0,101 nm), vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 Atomen (0,017 nm bis 0,50 nm) erzeugt wird.
Bei Einsatz der Erfindung ist keine Exfoliation, die mit den eingangs beschriebenen Problemen verbunden ist, notwendig. Das Graphen kann ohne weitere Nachbearbeitung in der Halbleiter- und anderen Industrien verwendet werden. Durch das Auftreffen der Kohlenstoffionen auf die Substratoberfläche unter einem Winkel < 80° in Bezug zur Substratoberfläche können die Kohlenstoffionen, die eine Energie im Bereich von ca. 20 eV - 30 eV aufweisen, weder zu tief in das Substrat eindringen noch vom Substrat abprallen/abgleiten bzw. reflektiert werden, d.h. ihre effektive lonenenergie ist in diesem Fall auf ein geeignetes Maß reduziert.
Überraschenderweise zeigte sich, dass bei Abscheidung von Kohlenstoff aus einer gefilterten Vakuumbogenquelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Beschichtung, mit einer Anzahl an Atomen, die einer geschlossenen Monolage Kohlenstoff entspricht, ausgebildet werden kann, die mittels Ra- manspektroskopie noch nicht nachweisbar ist. Erst während oder nach der Durchführung der Zusatzbehandlung wird die Kohlenstoffschicht mit dem Ra- manspektrometer nachweisbar.
Bei Einhaltung einer Inertgasatmosphäre zur Reduzierung der Energie der Kohlenstoffionen können hinsichtlich des Inertgases sämtliche Edelgase eingesetzt werden, wobei Helium und Argon bevorzugt sind.
Kohlenstoffabscheidung und Zusatzbehandlung können räumlich und zeitlich getrennt erfolgen. Bei dieser Konstellation wird das mit Kohlenstoff beschichtete Substrat aus der Kammer, in welcher es beschichtet wurde, ausgeschleust und zwischenbelüftet bzw. einer Schutzgasatmosphäre ausgesetzt. Die Zusatzbehandlung kann dann in einer zweiten Kammer unter den oben genannten Bedingungen erfolgen.
Alternativ können Kohlenstoffabscheidung und Zusatzbehandlung in derselben Kammer gleichzeitig durchgeführt werden. Das Substrat kann hierbei in einer bevorzugten Ausführungsform, wie bereits erwähnt, als Bandmaterial vorliegen und der Prozess kann dann entsprechend kontinuierlich durchgeführt werden. Bei der Durchführung von Kohlenstoffabscheidung und Zusatzbehandlung, d.h. Umwandlung in Graphen in derselben Kammer, kann bei- spielsweise der Ausgang des Plasmafilters direkt an eine weitere Vorrichtung angeflanscht werden, in der sich das temperierbare Substrat befindet. Sofern Kohlenstoffabscheidung und Zusatzbehandlung ohne räumliche Trennung ablaufen, sollte hinsichtlich der Atmosphäre beachtet werden, dass Vakuum die Energieübertragung mittels externer Heizung erschwert. In diesem Fall kann die zur Erwärmung erforderliche Energie direkt, ggf. gepulst eingekoppelt werden.
Mit der Technologie des gefilterten Vakuumbogens Φ-HCA , wie sie von B. Petereit et al. in „High current filtered arc deposition for ultra thin carbon overcoats on magnetic hard disks and read-write heads B"; Surface and Coatings Technology, 174 -175, 648, 2003 beschrieben ist, ist es überraschenderweise möglich, eine ultradünne Schicht von einer Lage Kohlenstoffatome aufzubringen. Die resultierende ta-C Schicht ist zu einem großen Teil sp -hybridisiert (ta-C: tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschicht, wie Diamant). Setzt man diesen sp -hybridisiertem Kohlenstoff der Zusatzbehandlung aus, so kann sich dieser in sp -hybridisierten Kohlenstoff in Form von Graphen umwandeln.
Ist die ta-C-Schicht dünn genug, kann sich durch die Zusatzbehandlung, die dünnste Form des Graphits, das Monolagen-Graphen ausbilden. Da die Ab- scheidung von ta-C-Kohlenstoff mittels gefiltertem Vakuumbogen keine kata- Iytische Substratoberfläche benötigt, ist die Graphenbildung auf beliebigen Werkstoffen möglich. Eine niedrige Energie der Kohlenstoffionen während der ta-C-Abscheidung kann die Bildung von Graphen und dessen Qualität günstig beeinflussen.
Für eine alternative Ausführungsform des Verfahren zur Abscheidung mono- lagiger Kohlenstoffschichten oder zur Erzeugung einer Graphenschicht kann vor der Abscheidung der Kohlenstoffmonolage eine zumindest teilweise das Substrat flächig bedeckende mono- oder mehrlagige Metallschicht auf dem Substrat abgeschieden werden.
Der Metaliauftrag kann mittels gängiger Beschichtungsverfahren erfolgen, d.h. neben der Beschichtung mittels Vakuumbogen können auch andere Methoden, beispielsweise Sputtern, angewendet werden.
Eine Vorrichtung zur Abscheidung monolagiger Kohlenstoffschichten oder zur Erzeugung einer Graphenschicht kann hinsichtlich Aufbau und Art ihrer Komponenten Vakuumkammer, Vakuumbogenquelle und Plasmafilter den Anlagen entsprechen, die bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Dies trifft auch auf die Parameter zu, mit denen die elektrischen Bogenentladun- gen gezündet und betrieben werden können.
Eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, kann zumindest für die Ausbildung der Kohlenstoffschicht auf der Substratoberfläche folgende Bestandteile aufweisen:
- Vakuumkammer und Handlingsystem zum Ein- und Ausschleusen der Substrate;
- Vakuumbogenquelle mit Filter, derart an die Vakuumkammer montiert, dass der Auftreffwinkel der Kohlenstoffionen auf die Substratoberfläche in einem geeigneten Winkel in Bezug zur Substratoberfläche mit dem die effektive Energie der Kohlenstoffionen vor dem Auftreffen auf die Substratoberfläche ausreichend reduziert werden kann. Der Auftreffwinkel kann < 80°, vorzugsweise < 60°, besonders bevorzugt < 40° betragen;
- Rezipient für die Zusatzbehandlung der Substrate mit Probenhandling und Heizung;
- Prozesssteuerung;
- ggf. Transportvorrichtung, die die Substrate vom Beschichtungsrezipienten zur Nachbehandlung transportiert.
Bezugszeichenliste 1 Kathode
2 Zündelektrode
3 Evaporator /Verdampfer
4 Anode
5 Filterspule(n)
6 Plasmastrahl
7 Filterbogen
8 Fokussierspule
9 Substrat
10 Abscheidungskammer / Vakuumrezipient
11 Vakuumpumpe
12 Substrathalter
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, ohne sie hierauf zu beschränken.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung mit gefilterter Va- kuumbogenquelle und in einem geneigten Winkel angeordnetem Substrat, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
Figur 2 zeigt das Ramanspektrum einer 20 nm dicken ta-C-Schicht auf Siliziumdioxid (Kalibrierschicht).
Figur 3 zeigt das Ramansprektrum einer ultradünnen, d.h. monolagigen Kohlenstoffschicht vor und nach einer Wärmebehandlung.
Figur 4 zeigt den Vergleich von Ramanspektren von Graphen auf Kupfer und auf Siliziumdioxid.
Im Detail zeigt Figur 1 eine Vorrichtung, bei der die (Kohlenstoff-)Kathode 1 und die Zündelektrode 2 sich in einem Evaporator 3 befinden, sowie die Anode 4. Das Plasmafilter besteht aus elektrischen Filterspulen 5, durch die die Kohlenstoffionen 6 geleitet werden und die den Filterbogen 7 bilden. Am Ab- schluss des Filterbogens 7 ist eine elektrische Fokussierspule 8 angeordnet. Die Kohlenstoffionen 6 treffen auf die Oberfläche des Substrats 9, das so in der Vakuumkammer 10 positioniert ist, dass sich ein spitzer Auftreffwinkel der Kohlenstoffionen ergibt. In der Vorrichtung wird mittels einer Vakuumpumpe 11 Unterdruck erzeugt. Das Substrat 9 befindet sich auf einem, ggf. mittels Motor beweglichen, Substrathalter 12. Im Inneren des Plasmafilters sind da- bei vorzugsweise Lamellen angeordnet (nicht gezeigt), die entgegen der Bewegungsrichtung der Kohlenstoffionen angewinkelt sind und die einen Abfang reflektierter Partikel gewährleisten.
Ausführungsbeispiel
Das mit Graphen zu beschichtende Substrat 9, ein mit 300 nm Siliziumdioxid bedeckter Wafer, wird zunächst mittels eines Handlingmechanismus in einen
Vakuumrezipienten 10 eingeschleust und nach Erreichen eines Betriebsdrucks von < 10 4 Pa mit den Kohlenstoffionen 6 aus einer gefilterten Vakuumbogen- quelle beschichtet. Dazu wird eine sog. Φ-HCA- Quelle benutzt, da sich diese durch eine besonders hohe Filterung und wegen ihres gepulsten Betriebs durch genaue Dosierbarkeit und Wiederholgenauigkeit auszeichnet. Die Abscheiderate der Quelle wurde zuvor durch die Abscheidung einer dickeren Schicht (> 20 nm) amorphen Kohlenstoffs (Dichte 3,0 g/cm3) kalibriert und beträgt im vorliegenden Beispiel 0,02 nm pro Entladungspuls. Zur Abscheidung der Kohlenstoffschicht wird eine solche Anzahl von Pulsen ausgeführt, wie sie einer Massenbelegung von 1,2 Monolagen Graphen entspricht. Diese berechnet sich nach der folgenden Formel: NPulse = 1 ,2 · p¥-Graphen /(Pta-c' RHCA) = 1 ,2 · 7,57· 10"7/(3,0- 103■ 2.0-10-11)
= 15,14 « 15
Dabei sind NPu(se Pulszahl der Φ-HCA-Plasmaquelle
F-G aphen Flächendichte von Graphen = 7,57· 10~7 kg/m2 ta-c Volumendichte der amorphen Kohlenstoffschicht
= 3,0- 103 kg/m3
RHCA Abscheiderate der Plasmaquelle = 2,0- 10 11 m/puls
Das Substrat ist relativ zur Bewegungsrichtung der Kohlenstoffionen auf einen Winkel von 20° in Bezug zur Substratoberfläche eingestellt. Nach der Ab- scheidung mit 15 Entladungspulsen wird das Substrat 9 ausgeschleust und in die Nachbehandlungskammer eingeschleust. Dort wird es im Vakuum bei einem Druck von 10 4 Pa 30 Minuten geheizt, bis eine Temperatur von 900°C erreicht ist. Das Substrat 9 wird anschließend bei dieser Maximaltemperatur 15 Minuten gehalten. Nach Abkühlung, sobald die Temperatur unter 80°C gefallen ist, wird das Substrat 9 ausgeschleust und kann weiter prozessiert werden.
Die Ausbildung der Graphenstruktur kann anhand der Raman-Spektren gut gezeigt werden. Figur 2 zeigt das Ramanspektrum einer 20 nm dicken Kalibrierschicht. Man sieht hier ein typisches Spektrum einer amorphen Kohlenstoffschicht mit einem sp -Bindungsanteii von ca. 50 %. Figur 3 zeigt einen Vergleich der Raman-Spektren einer 1,2 Atomlagen dicken Kohlenstoffbe- schichtung vor und nach der Wärmebehandlung, als eine einsatzbare Form einer Zusatzbehandlung.
Nach der Vakuumbogenbeschichtung von 1,2 Atomlagen ist mit dem Raman- Spektrometer keine Schicht nachweisbar. Die Spektren gleichen denen einer reinen Oberfläche aus Siliziumdioxid. Charakteristisch hierzu ist der Peak bei 945 Wellenzahlen (Silizium 2. Ordnung). Weitere Peaks, die auf Kohlenstoff in irgendeiner Modifikation hinweisen, sind im Spektrum nicht nachweisbar.
Überraschenderweise sind in der wärmebehandelten Schicht die charakteristischen Graphenpeaks (D,G,2D) nachweisbar (vergl. Figuren 3 und 4). Figur 4 zeigt einen Vergleich der Ramanspektren von Graphen auf Kupfer (abgeschieden durch CVD) und der wärmebehandelten Graphenschicht auf Siliziumdioxid. Der D-Peak des Graphens auf Silizium ist höher, was noch auf Defekte in der Schicht schließen lässt. Der niedrigere und verbreiterte 2D-Peak weist auf den gleichen Sachverhalt hin. Das Vorhandensein aller charakteristischen Peaks für Graphen im Ramanspektrum zeigt dennoch eine Bedeckung der Siliziumdioxidprobe mit Graphen.
Mit Hall-Messungen nach der van-der-Pauw-Methode kann eine geschlossene Schicht über eine Fläche von einem cm2 mit hoher Leitfähigkeit nachgewiesen werden, wobei die Fläche durch die Messmethode und nicht durch den Ab- scheideprozess limitiert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ausbildung geschlossener flächiger Schichten aus Graphen oder aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen auf der Oberfläche eines Substrats, bei dem
unter Vakuumbedingungen durch eine zwischen einer Anode (2) und einer Kathode (1), die aus Graphit gebildet ist, elektrische Bogenentla- dungen gezündet und betrieben werden, dabei wird ein Plasma gebildet von dem einfach geladene Kohlenstoffionen durch ein Filter zur Separation größerer Partikel auf eine Oberfläche des Substrats (9) gerichtet werden und eine Schicht aus Kohlenstoff in der Graphenmodifikation oder aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen dadurch ausgebildet wird, dass eine Zusatzbehandlung der auf der Substratoberfläche ausgebildeten Kohlenstoffschicht mit einem Energieeintrag durchgeführt wird und/oder die effektive Energie, mit der Kohlenstoffionen auf die Substratoberfläche auftreffen, vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Substrats (9) reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der Kohlenstoffionen
durch Einhaltung einer inerten Atmosphäre, bei der ein Partialdruck des eingesetzten Inertgases, das bevorzugt Argon oder Helium ist, von mindestens 0,05 Pa und maximal 50 Pa, bevorzugt von 1 Pa eingehalten wird
und/oder
die Kohlenstoffionen mit einem Winkel kleiner-gleich 80°, bevorzugt kleiner-gleich 40° in Bezug zur Substratoberfläche auf die Substratoberfläche gerichtet werden,
reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Bogenentladungen gepulst gezündet und betrieben werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbehandlung als Lagerung oder Wärmebehandlung bei einer Temperatur ausgehend von Raumtemperatur bis maximal 1500° C, durch eine Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, Elektronenstrahlung oder unter Einwirkung niederenergetischer Teilchen durchgeführt wird, wobei eine Exposition bevorzugt in gepulster Form erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Kohlenstoffionen eine Massenbelegung an Kohlenstoffatomen auf der Substratoberfläche ausgebildet wird, die größer als eine Atomlage ist und maximal dem 1,5-fachen, bevorzugt dem 1,2 fachen einer Mono-Atomlage von Graphen entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbehandlung durch den Einsatz von Laserstrahlung, Elektronenstrahlung, einer Blitzlampe oder Infrarotstrahlung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beschichtung mit den Kohlenstoffionen das Substrat (9) bewegt wird, wobei das Substrat (9) rotiert oder translatorisch bewegt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphenschicht auf einem aus einem dielektrischen Werkstoff gebildeten Substrat (9) oder einer dielektrischen Beschichtung, die auf dem Substrat (9) ausgebildet ist, ausgebildet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Beschichtungsrate im Bereich von 0,005 nm bis 0,1 nm, bevorzugt zwischen 0,01 nm und 0,05 nm für jeden Entladungsimpuls der elektrischen Bogenentladung gearbeitet wird und die Schichtdicke der auf der Substratoberfläche ausgebildeten Kohlenstoffschicht mittels der Anzahl der elektrischen Bogenentladungen, der jeweiligen Pulsdauer und/oder der Geschwindigkeit, mit der das Substrat (9) bewegt wird, beeinflusst wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung über einen Zeitraum im Bereich einiger Sekunden bis 5 h, bei einer Haltezeit der maximalen Temperatur im Bereich 1 s bis 1 h, durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffionen durch ein gebogenes Filter auf die Substratoberfläche gerichtet werden, wobei ein Biegewinkel von mindestens 30° eingehalten ist.
12. Substrat auf dem eine Graphenschicht oder eine mit sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildete Schicht, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet ist.
13. Substrat nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Graphenschicht oder die mit sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildete Schicht eine Massenbelegung im Bereich einer Monolage von Graphen, mit einer maximal zulässigen Abweichung von 20 % von einer Monolage aufweist und die Graphenschicht oder die mit sp2- hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildete Schicht eine über die beschichtete Fläche geschlossene elektrisch leitende Schicht bildet.
14. Substrat nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphenschicht oder die mit sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildete Schicht optisch transparent ist und im Bereich der elektromagnetischen Strahlung um 550 nm mindestens 80 % optisch transparent ist und/oder einen maximalen elektrischen Flächenwiderstand von 500 kQn aufweist. Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, dass die Graphenschicht oder die mit sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildete Schicht auf einem aus dielektrischem Werkstoff gebildeten Substrat (9) oder auf einer mit dielektrischem Werkstoff gebildeten Beschichtung ausgebildet ist, wobei der dielektrische Werkstoff bevorzugt Siliziumoxid ist.
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