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Tuning the transport properties of graphene films grown by CVD on SiC(0001): Effect ofin situhydrogenation and annealing

Authors :
Félicien Schopfer
Matthieu Paillet
Dimitrios Kazazis
P. Le Fèvre
B. Jabakhanji
F. Lafont
W. Poirier
Ahmed Azmi Zahab
Antoine Tiberj
Adrien Michon
Walter Escoffier
François Bertran
Christophe Consejo
Jean Camassel
Wilfried Desrat
Fabien Cheynis
Yakov Kopelevich
A. Taleb-Ibrahimi
Marc Portail
B. C. Camargo
Benoit Jouault
Laboratoire Charles Coulomb (L2C)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA)
Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
Laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM (LCM)
Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE )-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)
Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE )
Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN)
Laboratoire national des champs magnétiques intenses - Toulouse (LNCMI-T)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Universidade Estadual de Campinas = University of Campinas (UNICAMP)
Source :
Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2014, 89 (8), pp.085422. ⟨10.1103/PhysRevB.89.085422⟩, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), 2014, 89 (8), pp.085422. ⟨10.1103/PhysRevB.89.085422⟩
Publication Year :
2014
Publisher :
American Physical Society (APS), 2014.

Abstract

The structural, optical, and transport properties of graphene grown by chemical vapor deposition (CVD) of propane under hydrogen on the Si face of SiC substrates have been investigated. We show that little changes in temperature during the growth can trigger the passivation of the SiC surface by hydrogen. Depending on the growth condition, hole or electron doping can be achieved, down to a few ${10}^{11}$ cm${}^{\ensuremath{-}2}$. When the growth temperature is high ($T\ensuremath{\approx}1500--1550{\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}}^{\ensuremath{\circ}}$C), we obtain electron-doped graphene monolayers lying on a buffer layer. When the growth temperature is slightly lowered ($T\ensuremath{\approx}1450--1500{\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}}^{\ensuremath{\circ}}$C), hole-doped graphene layers are obtained, lying on a hydrogen-passivated SiC surface, as confirmed by the enhancement of the mobility (of the order of 4500 cm${}^{2}/$Vs) and the persistence of weak localization almost up to room temperature (250 K). The high homogeneity of this graphene allows the observation of the half-integer quantum Hall effect, typical of graphene, at the centimeter scale in the best cases. The influence of the SiC steps on the transport properties is discussed.

Details

ISSN :
1550235X and 10980121
Volume :
89
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review B
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ecce16f0b6a6e1835016dbc37fde6aaa
Full Text :
https://doi.org/10.1103/physrevb.89.085422