SiC基板上グラフェンへのp型ドーピングの実現とそのクライントンネリングへの応用

研究では、本年度は基板との相互作用のために従来n型しかできなかった6H-SiC(0001)Si終端表面上のエピタキシャルグラフェン中に、ボロン原子をドーピングすることによりp型伝導特性領域を実現する方法を確立することを目指し、(1)グラフェンのエピタキシャル成長前に基板上にボロン原子を供給した後にグラフェンの成長を行う場合、および(2)グラフェン成長が終わった段階でボロン原子を供給して、完成したグラフェン格子中にボロン原子を取り込ませるプロセスの2通りを実験的に検討した。ボロン原子は我々が開発したHBO2を用いる方法によって表面に供給した。またその表面被覆率は、Si(111)基板上でボロン原子が1/3原子層(ML)吸着した場合に現れる√<3x>√<3>構造を利用して正確に決定した。以上の準備を踏まえ、グラフェン成長を終えたSiC(0001)基板表面上にボロン原子を供給し、基板を1000-1500Cの範囲で加熱を行い、その表面格子のSTM観察、表面原子配列のLEED観察、表面化学組成のAES観察を行ったが、残念ながらグラフェン中にボロン原子が取り込まれた形跡は見当たなかった。しかしグラフェン成長前のSiC(0001)基板表面に予めボロン原子を吸着させ、これを超高真空中でグラフェンをエピタキシャル成長させるのと同じプロセスで加熱処理していくと、その表面LEEDパターンやAES信号のSi強度、STMで観測される表面ドメインのサイズなどに明瞭な差が現れることが明らかになった。ただし、こうした現象がグラフェン格子中にボロン原子が取り込まれたこととっ直結しているか否かは、現時点では明らかでない。このためボロンとカーボン原子上の吸着エネルギーの差に敏感だと期待される水素吸着・脱離の実験を継続して行っている。

研究では、本年度は基板との相互作用のために従来n型しかできなかった6H-SiC(0001)Si終端表面上のエピタキシャルグラフェン中に、ボロン原子をドーピングすることによりp型伝導特性領域を実現する方法を確立することを目指し、(1)グラフェンのエピタキシャル成長前に基板上にボロン原子を供給した後にグラフェンの成長を行う場合、および(2)グラフェン成長が終わった段階でボロン原子を供給して、完成したグラフェン格子中にボロン原子を取り込ませるプロセスの2通りを実験的に検討した。ボロン原子は我々が開発したHBO2を用いる方法によって表面に供給した。またその表面被覆率は、Si(111)基板上でボロン原子が1/3原子層(ML)吸着した場合に現れる√<3x>√<3>構造を利用して正確に決定した。以上の準備を踏まえ、グラフェン成長を終えたSiC(0001)基板表面上にボロン原子を供給し、基板を1000-1500Cの範囲で加熱を行い、その表面格子のSTM観察、表面原子配列のLEED観察、表面化学組成のAES観察を行ったが、残念ながらグラフェン中にボロン原子が取り込まれた形跡は見当たなかった。しかしグラフェン成長前のSiC(0001)基板表面に予めボロン原子を吸着させ、これを超高真空中でグラフェンをエピタキシャル成長させるのと同じプロセスで加熱処理していくと、その表面LEEDパターンやAES信号のSi強度、STMで観測される表面ドメインのサイズなどに明瞭な差が現れることが明らかになった。ただし、こうした現象がグラフェン格子中にボロン原子が取り込まれたこととっ直結しているか否かは、現時点では明らかでない。このためボロンとカーボン原子上の吸着エネルギーの差に敏感だと期待される水素吸着・脱離の実験を継続して行っている。