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Self-organized metal-semiconductor epitaxial graphene layer on off-axis 4H-SiC（0001）

Nano Research 2015年第3期8卷 1026-1037页

作者： debora pierucci Haikel Sediri Mahdi Hajlaoui Emilio Velez-Fort Yannick J. Dappe Mathieu G. Silly Rachid Belkhou Abhay Shukla Fausto Sirotti Noelle Gogneau Abdelkarim Ouerghi CNRS- Laboratoire de Photonique et de Nanostructures Route de Nozay 91460 Marcoussis France Synchrotron-SOLEIL Saint-Aubin BP48 F91192 Gifsur Yvette Cedex France Universite Pierre et Marie Curie (CNRS - IMPMC) 4 PI. Jussieu 75005 Paris France Service de Physique de rEtat Condense (CNRS URA2464) IRAMIS CEA Saclay 91191 Gif-Sur-Yvette France

The remarkable properties of graphene have shown promise for new perspectives in future electronics, notably for nanometer scale devices. Here we grow graphene epitaxially on an off-axis 4H-SiC（0001） substrate and demonstrate the formation of periodic arrangement of monolayer graphene on planar （0001） terraces and Bernal bilayer graphene on （1120） nanofacets of SiC. We investigate these lateral superlattices using Raman spectroscopy, atomic force microscopy/ electrostatic force microscopy （AFM/EFM） and X-ray and angle resolved photoemission spectroscopy （XPS/ARPES）. The correlation of EFM and ARPES reveals the appearance of permanent electronic band gaps in AB-stacked bilayer graphene on （1120） SiC nanofacets of 150 meV. This feature is confirmed by density functional theory （DFT） calculations. The charge transfer between the substrate and graphene bilayer results in an asymmetric charge distribution between the top and the bottom graphene layers opening an energy gap. This surface organization can be thus defined as self-organized metal-semiconductor graphene.

关键词： epitaxial graphene layer monolayer bilayer band gap opening Bernal stacking off-axis silicon carbide electronic properties

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