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Ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi (Imm-Cnr) di Catania hanno avviato una collaborazione con il SuperSTEM Lab di Daresbury (Uk), nell’ambito dei progetti GRAPHIC-RF del programma EUROGRAPHENE e Beyond-Nano. Quest’ultimo porterà alla imminente acquisizione da parte dell’Imm di un microscopio elettronico a scansione in trasmissione, dotato di correttore di aberrazione sferica della sonda e in grado di raggiungere la risoluzione spaziale sub-atomica anche a bassa energia. Le analisi effettuate hanno permesso di studiare le proprietà sia strutturali che elettroniche, su scala atomica, del grafene cresciuto su substrati di carburo di silicio (SiC).
Il SiC è un materiale semiconduttore già utilizzato per la realizzazione di dispositivi microelettronici. La metodologia di crescita seguita dall’Imm di Catania consente in teoria di allineare, atomo per atomo, gli strati di grafene con la struttura atomica della superficie del SiC adattandosi ad essa (crescita epitassiale). Come è già noto in letteratura, durante la crescita epitassiale del grafene su SiC planare, si ha la formazione di un primo monostrato di carbonio all’interfaccia, denominato “buffer layer”, che non ha le eccezionali proprietà fisiche ed elettroniche del graphene, essendo parzialmente legato agli atomi di silicio del substrato. Lo studio condotto dall’Imm ha rivelato per la prima volta che, manipolando opportunamente l’orientazione della superficie del SiC, è possibile esporre delle facce sulle quali la crescita del grafene procede senza la generazione del buffer layer.
La conferma è stata ottenuta osservando la struttura atomica dello strato di grafene all’interfaccia col SiC mediante la nuova tecnica di microscopia elettronica a scansione in trasmissione, operando a bassissima energia, in modo da non danneggiare il grafene durante l’osservazione stessa. Si è scoperto così che gli atomi del buffer layer di carbonio, nella crescita, rompono i propri legami con gli atomi di silicio del substrato, quando questo muta la sua orientazione lungo direzioni ben definite. Misure elettriche supportate da simulazioni quantomeccaniche dimostrano che, in corrispondenza al distacco dal SiC, il primo strato cresciuto assume le proprietà del grafene. Questo risultato è di fondamentale importanza per la possibilità di modificare localmente le caratteristiche elettriche del grafene epitassiale con possibili ricadute per le applicazioni tecnologiche basate su semiconduttori, essendo il SiC già utilizzato in molteplici applicazioni microelettroniche. La scoperta consentirà di sfruttare, dunque, le enormi potenzialità del grafene nell’ambito della tecnologia del SiC che ha raggiunto un buon livello di maturità.
