Диссертация (1149983), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Компонента CD показывает, что в приповерхностном слое естьатомы углерода, растворенные в пленке кобальта, еще не вышедшие на поверхность, где онимогли бы упорядочиться в графеновые островки. Однако, в отличие от образца Со/ВОПГ (Рис.4.7), в случае с монокристаллической подложкой в спектре нет второй карбидной компоненты,видна только компонента СЕ, соответствующая стабильному насыщенному углеродом карбидуСо2С, что связано с большей упорядоченностью и меньшей дефектностью синтезированнойсистемы. Это означает, что, как и в ранее описанных случаях, при низкотемпературномпрогреве образуется приповерхностный карбид.
Однако в спектре есть интенсивная компонентаСА, которая, к тому же, имеет ту же форму, что и в спектре чистого графита. Это означает, чтопри прогреве пленка металла «треснула» и имеет неравномерную толщину. Сквозь некоторыеучастки поверхности, на которых слой кобальта имеет малую толщину, «просвечивает»графитовая подложка.69Несмотря на это, после прогревов при больших температурах, эта компонента изменяетсвою интенсивность и форму.
Так, после отжига при 450 °С (Рис. 4.10.г) ПШПВ (полнаяширина пика на половине высоты) компоненты СА уже равна ПШПВ компоненты СG, что вполтора раза отличается от компоненты графита. Таким образом можно говорить, что, покрайней мере, на последней стадии, после отжига 450 °С, компонента С А соответствует неослабленному пику подложки, а многослойному графену.Рис.
4.10. Тонкая структура C1s линии систем MG/Co/графит на различных этапахформирования графена: (а) чистая подложка, (б–г) после прогрева систем при температурах от300 до 450 °С.70Что касается остальных пиков, то после отжига при температуре 400 °С компоненты СВ,СD и СЕ сильно уменьшаются по интенсивности, но появляется интенсивная компонента CG.Это означает, что при Т = 400 °С на поверхности уже присутствует достаточное количествоатомов углерода, чтобы началось формирование графенового слоя. После отжига приТ = 450 °С, в спектре сохраняются интенсивные компоненты CG и СА, соответствующие, какуже отмечалось выше, одно- и многослойному графену.
Компоненты CВ и СЕ видны и на этойстадии, но их интенсивность по-прежнему на порядок меньше, чем интенсивности графеновыхкомпонент. На этом этапе толщина углеродного слоя на поверхности составила ~ 1,2 МС.4.5.2. Сравненительный анализ графена, сформированного на подложках Co/ВОПГ иCo/графитПроцесс формирования графена на кобальтовой пленке, нанесенной на ВОПГ и намонокристалл графита, как видно из Рис.
4.7 и Рис. 4.10, схожи между собой. В обоих случаяхпри первом низкотемпературном прогреве на поверхности нет графена, а есть только атомыуглерода, находящиеся в адсорбированных молекулах, а также в приповерхностном слоеметалла в растворенном или связанном карбидными связями с атомами металла состоянии. Помере роста температуры, во-первых, десорбируется большая часть осевших молекул газа, а вовторых, по мере увеличения количества углерода вследствие процесса сегрегации, эти атомыупорядочиваются на поверхности, формируя графен.
При этом часть карбидных связейразрывается, и освободившиеся атомы углерода формируют графеновый слой.Различия между этими подложками заключаются в температурном режиме: для системыCo/ВОПГ температуры отжига 300 °С достаточно, чтобы начался процесс формированияграфена, в то время, как для образца Со/графит графен формируется при температурах отжига350 – 400 °С.
Это различие в температурах коррелирует с тем, что атомы углерода проникаютна поверхность только через границы зерен [49,92], и, следовательно, уменьшение количествадоменов должно было повлечь за собой увеличение температурысинтеза графена.Замена подложки с ВОПГ на монокристалл графита привела к существенномуизменению кристаллической структуры сформированного графена. Это наглядно видно изсравнения картин ДМЭ для двух образцов. В отличие от ВОПГ, монокристалл графита имеетупорядоченную кристаллическую структуру поверхности, поэтому дифракция с чистойподложки графита представляет собой шесть гексагонально расположенных ярких рефлексов(см.
Рис. 4.11).71Рис. 4.11. Картины ДМЭ: а) ВОПГ, Ер = 62 эВ, б) системы MG/Co/ВОПГ после прогрева350 °С, Ер = 70 эВ, в) монокристалла графита, Ер = 90 эВ, г) системы MG/Co/графит послепрогрева 450 °С, Ер = 140 эВ.Высокая степень упорядоченности подложки приводит к тому, что пленка кобальтарастет эпитаксиально и также имеет упорядоченную поверхность. Это позволяет получитьвысокоупорядоченный графен большой площади, о чем свидетельствует отсутствие надифракционной картине (Рис. 4.11.г) каких-либо рефлексов помимо шести графеновых точек.Такая дифракция идентична дифракциии графена, выращенного методом крекинга наповерхности Co(0001) (см. Рис.
4.12).Рис. 4.12. Сравнение дифракционной картины, полученной с: (а) MG/Co/графит,(б) MG/Co/W(110). В обоих случаях Ер = 90 эВ.724.5.3. Сравнительный анализ электронной структуры графена, сформированного наподложках Co/графит и Со/W(110)Как было сказано только что, поверхность образца графена, полученного методомсегрегации через пленку Со на подложке графита, имеет высокую степень упорядоченности,что позволяет измерить дисперсию электронных состояний графена в валентной зоне методомФЭСУР.Дисперсионные зависимости графена, выращенного на поверхности системы Со/графит,в окрестности точекизоны Бриллюэна приведены на Рис. 4.13 и Рис. 4.14 соответственно.Для сравнения рядом представлены дисперсии графена, сформированного методом крекинга намонокристаллической пленке кобальта Co(0001)/W(110).
Вблизи точкиимеет параболический вид и в самой точкеπ состояние графеналокализовано при энергии связи 10 эВ. Графен,сформированный методом крекинга на монокристаллической пленке Co(0001), также имеетпараболлическую дисперсию π состояния, которое локализовано в точкена энергии связиоколо 10,2 эВ. На Рис. 4.13.в, на котором приведены фотоэлектронные спектры систем в точке, помимо пика π состояния также виден слабый пик σ состояний около 5 эВ.
В районе уровняФерми (в области энергий связи 0 – 2 эВ) локализованы 3d состояния кобальта.Рис. 4.13. Дисперсия графена, полученного после отжига системы Со/графит при 450 °С(а) и выращенного методом крекинга на подложке Со/W(110) (б) в окрестности точкизоныБриллюэна. (в) – фотоэлектронные спектры обеих систем в точке . hv = 40,8 эВ. На вставке (а)показано направление, в котором измерялись дисперсии.73На Рис. 4.14.а показана дисперсия состояний графена в окрестности точкизоныБриллюэна. Видно, что π состояние имеет линейную дисперсию, образуя конус, схожий с тем,который присущ свободному графену.
Однако этот конус оказывается сдвинутым от уровняФерми, его вершина находится около энергии связи ~ 3 эВ. Этот сдвиг обусловлен сильнымвлиянием на графен нижележащего слоя кобальта. Вблизи уровня Ферми находятсяинтенсивные 3d состояния кобальта.
Как можно увидеть, данная дисперсия схожа с дисперсиейсостояний системы MG/Co/W(110) (Рис. 4.14.б). Из-за большей упорядоченности (в качествеподложки использовался монокристалл площадью около 1 см2) дисперсии системыMG/Co/W(110) выглядят более четкими.Рис. 4.14. Дисперсия графена, полученного после отжига системы Со/графит при 450 °С(а) и выращенного методом крекинга на подложке Со/W(110) (б) в окрестности точкизоныБриллюэна.
hv = 40,8 эВ. На вставке (а) показано направление, в котором измерялисьдисперсии.Сравнение дисперсий графена, выращенного методом сегрегации и методом крекинга,показывает, что в обоих случаях сформированный графен имеет дисперсию π состояния,характерную для графена, сильно связанного с металлической подложкой.744.5.4. Влияние интеркаляции атомов золота на электронную структуруДля проверки того, что сформированная система преимущественно состоит измонослойного графена, сильно связанного с пленкой кобальта, была проведена процедураинтеркаляции атомов золота под графеновый монослой.Процедура интеркаляции проводилась по технологии, описанной в работах [17,18,77],следующим образом. Сначала на систему осаждался слой золота толщиной около 3 Å(~ 1,3 МС).
После этого система отжигалась при температуре 450 °С в течение 10 минут. Этопозволяет атомам золота проникнуть под графен, а небольшое количество оставшихся наповерхности атомов собирается в островки, и вклад от них в РФЭС-спектры пренебрежимо мал.На Рис. 4.15.б показаны изменения тонкой структуры линии углерода C1s, проиcходящие врезультате интеркаляции золота под графен.Рис. 4.15. РФЭС спектры C1s уровня систем: (а) MG/Co/графит после отжига при 450 °С,(б) MG/Au/Co/графит после интеркаляции монослоя атомов золота, в) MG/Au/Co/W(110) длясравнения.75Видно, что после интеркаляции происходит значительное изменение формы C1s линии.Исчезает компонента СG, и в то же время сильно возрастает интенсивность СА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
