Исследование определяет новую технику синтеза для получения однослойного сотового SiC.

Особенность от 13 марта 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ингрид Фаделли, Phys.org

Карбид кремния (SiC) представляет собой твердое кристаллическое соединение кремния и углерода, которое редко встречается в природе и обычно получается синтетическим путем. Помимо того, что карбид кремния используется для создания керамических пластин, бронежилетов и другой коммерческой продукции, он представляет собой полупроводник, материал с умеренной электропроводностью, варьирующейся между проводниками и изоляторами.

Физики и ученые-материаловеды исследовали свойства этого полупроводника на протяжении десятилетий. Как и другие материалы, SiC может существовать в различных физических формах (т.е. в аллотропах), а его двумерный аллотроп до сих пор оставался неуловимым и в основном предполагался.

Согласно теоретическим предсказаниям, 2D-аллотроп этого полупроводника будет иметь большую ширину запрещенной зоны 2,5 эВ, высокую химическую универсальность и будет стабильным в условиях окружающей среды. Однако до сих пор это не было подтверждено эмпирически, поскольку в существующих исследованиях сообщалось только о неупорядоченных наночешуйках 2D SiC.

Исследователи из Лундского университета, Технологического университета Чалмерса и Университета Линчёпинга недавно смогли синтезировать монокристаллический эпитаксиальный монослой сотового SiC поверх ультратонких пленок карбида переходного металла, помещенных на подложки SiC. Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, представляет многообещающую технику восходящего синтеза неуловимого аллотропа SiC на большой площади.

«Наши сотрудники заинтересованы в изучении тонких пленок карбидов переходных металлов на подложках SiC», — рассказал Phys.org Крейг Полли, один из исследователей, проводивших исследование. «Уже было известно, что графен можно выращивать «сквозь» верхние слои на SiC, и мы надеялись сделать это и создать инкапсуляционный слой графена поверх пленок карбида металла. Следовательно, первоначальной целью, которой мы занялись, было изучение свойств этого выращенного графенового слоя».

Первоначально Полли и его коллеги пытались исследовать свойства инкапсуляционного слоя графена, образованного поверх пленок карбида металла. Однако, пытаясь охарактеризовать свойства этого слоя с помощью метода, известного как ARPES (фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением), они наблюдали очень яркие и захватывающие спектры, не похожие на те, что наблюдаются в графене.

«В конце концов выяснилось, что в образцах не было графена», — сказал Полли.

«Потребовалось множество измерений и расчетов, прежде чем мы смогли определить, что это за загадочная поверхность, и мы были приятно удивлены, когда оказалось, что это сотовый SiC, поскольку это никогда не входило в наши планы!»

Полли и его коллегам еще предстоит понять все детали процесса, лежащего в основе успешного выращивания однослойного сотового SiC. Тем не менее, им удалось определить метод, позволяющий его синтезировать.

По сути, этот метод предполагает размещение тонкой пленки карбида переходного металла поверх подложки SiC. Когда этот пакет материала отжигается до достаточно высоких температур, SiC разлагается, в то время как карбид металла остается неповрежденным, а атомы Si и C мигрируют на поверхность.

«Если вы отжигаете достаточно жарко, Si выходит, а C рекристаллизуется в графен — и это хорошо известный метод выращивания высококачественных слоев графена на простом SiC», — объяснил Полли. «Но при правильных условиях отжига оказывается, что Si и C не только остаются на поверхности, но и рекристаллизуются в сотовый SiC. До сих пор не было известного метода создания монокристаллического сотового SiC большой площади, поэтому мы были удивлены, что это вообще работает!"