Pb插层石墨烯的表面传输特性（6H-SiC）*
1. 概述
外延石墨烯的插层实验作为进一步提高2D石墨烯电子性能的工具，目前吸引了很多关注。本工作利用电子衍射、扫描隧道显微镜、光电子能谱和原位表面传输等方法，研究了6H-SiC（0001）上缓冲层对Pb的嵌入。通过表面缺陷成功地实现了少量Pb单层（ML）的大面积嵌入。嵌入的Pb形成特有的条纹相，并导致在Pb层附近形成几乎电荷中性的石墨烯。Pb夹层由2个单层组成，并显示出强烈的结构褶皱。外延异质结构提供了极高的电导率，达到σ=100mS/£。 然而，在低温（70K）下，发现了一种金属-绝缘体转变，我们将其归因于外延石墨烯中微小间隙的形成，这可能是由界面层波纹后石墨烯的静态变形引起的。
2. 样品制备
通过加热氮掺杂的6H-SiC（0001）衬底（来自中芯晶研）制备缓冲层（BL）样品。湿化学清洗后，首先在1000mbar的氢气气氛中，在1425℃的温度下，通过氢蚀刻将衬底压平15分钟。然后，在1475℃的温度下进行退火，获得了具有（6√3 X 6√3）-重构特征的长程有序缓冲层结构。在105Pa的Ar气氛中进行退火处理，产生约3µm的大阶地长度。
为了获得插层后的渗透相，必须进行多次吸附循环和随后的退火。首先，将5个Pb（Aldrich，99.999%）单层以1/3ML min−1的速率沉积在200℃的缓冲层样品上。然后将样品在500℃下加热5分钟。在第二个周期中，在室温下将10 个Pb单层沉积到样品上。最后，将样品在500℃下再次加热5分钟。
通过扫描电子显微镜（SEM）、高分辨率低能电子衍射（SPALEED）和扫描隧道显微镜（STM，Omicron VT-STM）控制样品的结构。尽管嵌入的样品的抗氧化相当稳定，即在真空中温和退火后，所有结构和光谱特征都能完全恢复，如果可能的话，使用超高压手提箱在超高压系统（所有系统都在高于2×10−8 Pa的基本压力下运行）之间转移样品。传输实验采用4尖STM/SEM系统（欧微米纳米探针）进行。此外，我们还进行了x射线和角度分辨光电子能谱（XPS，ARPES）。对于XPS单色化的Al Kα辐射（1486.6 eV），光电子分析采用XPS XPS 150-MCD分析仪。ARPES测量采用HeII辐射（40.82 eV）进行，使用规格UVS 300he灯、规格TMM304单色仪和规格Phhibos150分析仪和2d-ccd检测器。由XPS和ARPES调查的样品必须暴露在空气中。在超高压中，320℃的退火作用导致了污染物的解吸，如氧气。
3. 结论
本工作对Pb在SiC（0001）缓冲层结构上的嵌入进行了全面的研究。在结构缺陷的触发下，随着外延石墨烯在顶部的形成，高达70%的区域被嵌入。与之前的研究相比，Pb的含量约为2ML，因此条纹相类似于界面的结构调制，而不是莫尔效应。通过原位表面传输测定了这些薄膜内的电导率。假设仅在石墨烯上传输，在300K时，分层石墨烯的电荷中性将产生约9×105cm2V−1s−1的电荷载流子迁移率。这里，我们预计输运也沿着Pb单层结构发生。在低温下，发现了金属-绝缘体的转变，我们认为这与石墨烯中的间隙打开有关。
然而，到目前为止，我们未能在SiC上实现类似的Pb结构，很可能只有在外延石墨烯的存在下，条纹状和气泡状的Pb相才能稳定。为了正确地分配电荷载流子迁移率，了解Pb结构的原子细节是必须的，并将触发我们未来的研究。
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