Untersuchung von Wachstum, Struktur, und elektronischer Eigenschaften von Graphen mittels Niederenergieelektronenmikroskopie (LEEM)

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Seyller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 173773028

Die Verfügbarkeit hochwertiger Graphenschichten ist eine notwendige Voraussetzung für die Entwicklung Graphen-basierter Bauelemente und Geräte. Im Zentralprojekt Graphene werden verschiedene Verfahren zur Graphensynthese untersucht, darunter das thermisch aktivierte Wachstum auf SiC, die chemische Gasphasenabscheidung auf Metalloberflächen, die thermische Umwandlung von SAM-Schichten, und die Deposition auf Isolatoren mit Molekularstrahlepitaxie (MBE). Wichtig für die Weiterentwicklung der Syntheseverfahren ist eine gründliche Charakterisierung der Schichten. Methoden der Oberflächenphysik wie z.B. Elektronenspektroskopie (XPS, ARPES), Elektronenbeugung (LEED), und Rastertunnelmikroskopie (STM, STS) sind hervorragend geeignet für die Untersuchung von Graphen auf entweder großen Längenskalen oder atomarer Längenskala. Niederenergieelektronenmikroskopie (LEEM) ist eine ausgezeichnete Methode zur Untersuchung struktureller und elektronischer Eigenschaften von Graphen auf Längenskalen im Bereich von einigen 10 µm hinab bis einige 10 nm. Verglichen mit STM ist LEEM schnell und kann auch für die in-situ-Untersuchung von Oberflächenprozessen verwendet werden. Die Vergangenheit hat gezeigt, dass LEEM eine unverzichtbare Methode für die Weiterentwicklung von Wachstumsprozessen für Graphen ist. Deshalb wurde in der ersten Förderperiode des SPP 1459 eine LEEM-Apparatur angeschafft. Das Projekt soll in der zweiten Förderperiode fortgesetzt werden um die Herstellung von Graphen auf SiC-Oberflächen zu untersuchen sowie den anderen Arbeitsgruppen des SPP Zugang zu dieser wichtigen Methode zu verschaffen.Die Arbeiten zum Wachstum von Graphen auf SiC fokussieren sich auf eine weitere Optimierung der Wachstumsbedingungen sowie eine Analyse von Versetzungen in Graphen. Weiterhin sind Untersuchungen geplant, um der beim Wachstum auf der C-Seite von SiC beobachteten Rotationsunordnung auf die Spur zu kommen. Zusätzlich werden wir das Wachstum von Graphen auf nicht-polaren SiC-Oberflächen untersuchen. Die Dotierung von Graphen mit Hilfe molekularer Adsorbatschichten erlaubt die präzise Kontrolle von Typ und Dichte der Ladungsträger. Deshalb planen wir die Untersuchung des Wachstums dünner molekularer Schichten auf Graphen.Zusätzlich zu den eigenen Themen stellen wir das LEEM-System und unsere Expertise für andere Projekte des SPP zur Verfügung. Mit U. Starke (MPI für Festkörperforschung) werden wir die Herstellung von Graphen-Ribbons auf vorstrukturierten SiC-Substraten untersuchen. Mit J. Wintterlin (LMU München) untersuchen wir das CVD-Wachstum von Graphen auf diversen Metalloberflächen. Die Herstellung von Graphen/h-BN-Heterostrukturen ist Thema einer Zusammenarbeit mit C. Busse (Universität Köln). Weitere Zusammenarbeiten mit J. M. Lopes und Hernandez-Minguez (PDI Berlin) haben die Herstellung von Graphen mit MBE zum Thema. In der Zusammenarbeit mit C. Nebel (Fraunhofer IAF, Freiburg) geht es um die Herstellung von Graphen auf Diamantoberflächen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene