DE102012015263A1 - Process for the preparation of graphene - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren wird Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung in ein Trägermaterial eingebracht, und das Graphen wird durch Temperaturbehandlung an der Oberfläche oder an einer Grenzfläche des Trägermaterials segregiert. Unter Segregation durch Temperaturbehandlung ist jede Segregation zu verstehen, die kausal dadurch verursacht wird, dass das Trägermaterial auf eine Temperatur von 200°C oder höher aufgeheizt und anschließend wieder unter diese Temperatur abgekühlt wird. Es ist dabei unerheblich, ob die Segregation während der Aufheizphase, während der Haltezeit oder während der Abkühlphase eintritt. Erfindungsgemäß wird das Trägermaterial in Kontakt mit einem Stabilisierungsmaterial gebracht und durch Temperaturbehandlung bei 200°C oder höher, bevorzugt bei 500°C oder höher, ganz oder teilweise in eine chemische Verbindung mit dem Stabilisierungsmaterial überführt. Es wurde erkannt, dass die Stabilität der chemischen Verbindung dafür sorgt, dass die Fläche, auf der die Graphenschicht gebildet wird, durch die für die Segregation notwendige Temperaturbehandlung deutlich geringere Schäden erleidet als nach dem bisherigen Stand der Technik.In the process, carbon or a carbon compound is introduced into a carrier material, and the graphene is segregated by heat treatment on the surface or at an interface of the carrier material. Segregation by temperature treatment is to be understood as any segregation which is causally caused by the fact that the carrier material is heated to a temperature of 200 ° C. or higher and then cooled again to below this temperature. It is irrelevant whether the segregation occurs during the heating-up phase, during the holding time or during the cooling-down phase. According to the invention, the carrier material is brought into contact with a stabilizing material and, by heat treatment at 200 ° C. or higher, preferably at 500 ° C. or higher, completely or partially converted into a chemical compound with the stabilizing material. It was recognized that the stability of the chemical compound ensures that the surface on which the graphene layer is formed suffers significantly less damage than according to the prior art as a result of the temperature treatment required for segregation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Graphen.The invention relates to a process for the preparation of graphene.

Stand der TechnikState of the art

Das Wachstum von Graphenfilmen ist trotz vielseitiger Ansätze nach wie vor technologisch anspruchsvoll. Bei dem zuerst eingesetzten Verfahren wird Graphen mit einem Klebeband (Tesa-Film, Scotch-Tape) von pyrolytischem Graphit abgelöst. Dieses Verfahren liefert nach wie vor die beste Kristallqualität der Graphenschichten und somit auch beste elektronische und strukturelle Eigenschaften. Nachteil dieses Verfahrens ist allerdings, dass eine großflächige Abscheidung nicht möglich ist und die Größe der Graphenflocken auf etwa 100 μm begrenzt ist.The growth of graphene films is still technologically demanding, despite many approaches. In the method used first graphene with an adhesive tape (Tesa film, Scotch tape) is replaced by pyrolytic graphite. This process still provides the best crystal quality of the graphene layers and thus also best electronic and structural properties. Disadvantage of this method, however, is that a large-scale deposition is not possible and the size of Graphenflocken is limited to about 100 microns.

Das vielversprechendste Verfahren, das auch für größere Flächen geeignet ist, ist die Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition: CVD). Kohlenstoff (C) wird aus der Gasphase z. B. mit Methan und Wasserstoff als Trägergas im Reaktor auf einem geheizten Substrat mit katalytischer Wirkung abgeschieden. Hierfür eignen sich besonders Ni und Cu Einkristalle, polykristalline Folien oder aufgedampfte Schichten z. B. auf Siliziumdioxid (SiO₂). Wird Ni auf etwa 1000°C gehalten, löst sich während der CVD Abscheidung C in Ni entsprechend der thermodynamischen Löslichkeit von C in Ni und dem C-Angebot. Während des Abkühlens fällt die Löslichkeit von C in Ni exponentiell und C segregiert zur Oberfläche und bildet eine Graphenschicht. Die Dicke der Graphenschicht hängt von der in Ni gelösten C Menge und der Abkühlrate ab. Es ist schwierig, damit Graphenmonologen zu erzeugen; meist entstehen Bereiche mit unterschiedlichen Schichtdicken. Im Fall von Cu verläuft der Wachstumsprozess direkt an der Oberfläche, da Cu eine sehr kleine Löslichkeit von C hat. Die Temperung in Wasserstoff, typischerweise um 1000°C, verbessert die Schichtqualität.The most promising process, which is also suitable for larger areas, is chemical vapor deposition (CVD). Carbon (C) is from the gas phase z. B. deposited with methane and hydrogen as a carrier gas in the reactor on a heated substrate with catalytic activity. For this purpose, especially Ni and Cu are single crystals, polycrystalline films or vapor-deposited layers z. On silica (SiO ₂ ). When Ni is maintained at about 1000 ° C, deposition C in Ni dissolves during the CVD according to the thermodynamic solubility of C in Ni and the C-offer. During cooling, the solubility of C in Ni falls exponentially and C segregates to the surface to form a graphene layer. The thickness of the graphene layer depends on the amount of C dissolved in Ni and the cooling rate. It is difficult to produce graphene monologues with; usually arise areas with different layer thicknesses. In the case of Cu, the growth process proceeds directly at the surface, since Cu has a very low solubility of C. Annealing in hydrogen, typically around 1000 ° C, improves the coating quality.

Alternativ wurde auch die Ionenimplantation von C⁺-Ionen in Ni mit anschließender thermischer Behandlung eingesetzt um Graphenfilme zu erzeugen. Vorteile der Ionenimplantation sind, dass die Dosis der C⁺-Ionen exakt kontrolliert werden kann und das Verfahren auch auf großen Wafern eingesetzt werden kann. Die exakte Dosisvorgabe erlaubt im Prinzip eine gute Schichtdickenkontrolle im Gegensatz zu den CVD Verfahren.Alternatively, ion implantation of C ⁺ ions in Ni followed by thermal treatment was used to produce graphene films. Advantages of ion implantation are that the dose of C ⁺ ions can be precisely controlled and the method can also be used on large wafers. The exact dose specification allows, in principle, a good layer thickness control in contrast to the CVD method.

In ( Q. Yu, J. Lian, S. Siriponglert, H. Li, Y. P. Chen, S.-S. Pei, „Graphen segregated an Ni surfaces and transferred to insulators”, Applied Physics Letters 93, 113103 (2008) ) und ( L. Baraton, Z. He, C. S. Lee, J.-L. Maurice, C. S. Cojocaru, A.-F. Gourgues-Lorenzon, Y. H. Lee, D. Pribat, „Synthesis of few-layered graphene by ion implantation of carbon in nickel thin films”, Nanotechnology 22, 085601 (2011) ) wurde dieses Verfahren mit Ni Filmen auf SiO₂ erprobt, und es wurde jeweils über die Bildung von Graphenfilmen berichtet.In ( Q. Yu, J. Lian, S. Siriponglert, H. Li, YP Chen, S.-S. Pei, "Graphene segregated on Ni-surfaces and transferred to insulators", Applied Physics Letters 93, 113103 (2008) ) and ( L. Baraton, Z. He, CS Lee, J.-L. Maurice, CS Cojocaru, A.-F. Gourgues-Lorenzon, YH Lee, D. Pribat, "Synthesis of few-layered graphene by ion implantation of carbon in nickel thin films", Nanotechnology 22, 085601 (2011) ), this method was tested with Ni films on SiO ₂ , and the formation of graphene films was reported in each case.

In beiden Arbeiten wurde Ni auf SiO₂ aufgebracht. Dies hat den entscheidenden Nachteil, dass Ni-Filme auf SiO₂ beim Hochheizen instabil werden, sich Löcher bilden und so keine gleichmäßige Unterlage für das Graphen mehr zur Verfügung steht. Beispielsweise bildet eine ursprünglich homogene 60 nm Ni-Schicht auf SiO₂ beim Tempern bereits bei 850°C Inseln. Das ist ein Problem der Benetzung von Ni auf SiO₂. Um dieses Problem zu überwinden, müssen sehr dicke Ni-Filme verwendet werden, was wiederum die Kontrolle über die Kohlenstoffmenge und so das kontrollierte Wachstum von Graphen an der Oberfläche erschwert.In both works, Ni was deposited on SiO ₂ . This has the decisive disadvantage that Ni films on SiO ₂ become unstable during heating, form holes and thus no more uniform support for the graphene is available. For example, forms an initially homogeneous 60 nm Ni layer on SiO ₂ during annealing already at 850 ° C islands. This is a problem of wetting Ni on SiO ₂ . To overcome this problem, very thick Ni films must be used, which in turn makes it difficult to control the amount of carbon and thus the controlled growth of graphene on the surface.

Aufgabe und LösungTask and solution

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Graphen auf größeren Flächen homogener hergestellt werden kann als nach dem bisherigen Stand der Technik.It is therefore the object of the invention to provide a method with which graphene can be produced more homogeneously on larger surfaces than in the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.This object is achieved by a method according to the main claim. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Herstellung von Graphen entwickelt. Bei diesem Verfahren wird Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung in ein Trägermaterial eingebracht, und das Graphen wird gebildet, indem Kohlenstoff durch Temperaturbehandlung aus dem Trägermaterial segregiert (abgeschieden) wird.In the context of the invention, a method for producing graphene has been developed. In this method, carbon or a carbon compound is introduced into a carrier material, and the graphene is formed by carbon is segregated (deposited) by temperature treatment from the carrier material.

Der Kohlenstoff kann, muss aber nicht, vor der Temperaturbehandlung in das Trägermaterial eingebracht werden. Er kann ausdrücklich auch durch ein und dieselbe Temperaturbehandlung zunächst in das Trägermaterial eingebracht und anschließend aus diesem wieder segregiert werden.The carbon may, but need not, be introduced into the substrate before the temperature treatment. It can also be introduced into the carrier material by one and the same temperature treatment, and then be re-segregated therefrom.

Unter Segregation durch Temperaturbehandlung ist jede Segregation zu verstehen, die kausal dadurch verursacht wird, dass das Trägermaterial auf eine Temperatur von 200°C oder höher aufgeheizt und anschließend wieder unter diese Temperatur abgekühlt wird. Es ist dabei unerheblich, ob die Segregation während der Aufheizphase, während der Haltezeit oder während der Abkühlphase eintritt.By segregation by temperature treatment is meant any segregation causally caused by heating the support to a temperature of 200 ° C or higher and then cooling it below that temperature again. It is irrelevant whether the segregation occurs during the heating phase, during the holding time or during the cooling phase.

Erfindungsgemäß wird das Trägermaterial in Kontakt mit einem Stabilisierungsmaterial gebracht und durch Temperaturbehandlung bei 200°C oder höher, bevorzugt bei 500°C oder höher, ganz oder teilweise in eine chemische Verbindung mit dem Stabilisierungsmaterial überführt.According to the invention, the carrier material is brought into contact with a stabilizing material and converted by heat treatment at 200 ° C or higher, preferably at 500 ° C or higher, wholly or partly in a chemical compound with the stabilizing material.

Unter Kontakt des Trägermaterials mit dem Stabilisierungsmaterial wird verstanden, dass bei der Temperaturbehandlung Atome, Ionen oder Moleküle des Trägermaterials in das Stabilisierungsmaterial wandern können, um mit diesem die chemische Verbindung einzugehen. Kontakt schließt daher ausdrücklich auch den Fall ein, dass sich zwischen dem Trägermaterial und dem Stabilisierungsmaterial eine für die Atome, Ionen oder Moleküle des Trägermaterials durchlässige Zwischenschicht befindet. Eine solche Zwischenschicht kann beispielsweise aus der chemischen Verbindung bestehen, die das Trägermaterial mit dem Stabilisierungsmaterial bildet.Contact between the carrier material and the stabilizing material means that, during the temperature treatment, atoms, ions or molecules of the carrier material can migrate into the stabilizing material in order to enter into the chemical compound with it. Contact therefore expressly includes the case that between the support material and the stabilizing material is an intermediate layer permeable to the atoms, ions or molecules of the support material. Such an intermediate layer can consist, for example, of the chemical compound which forms the carrier material with the stabilizing material.

Es wurde erkannt, dass die Bildung der chemischen Verbindung mit dem Stabilisierungsmaterial das Trägermaterial in dem Moment, in dem bei hoher Temperatur der Kohlenstoff aus ihm segregiert, vor Beschädigungen durch die hohe Temperatur schützt. Typischerweise dauert die Temperaturbehandlung mindestens zwischen 10 und 30 Minuten, und der Hauptanteil der Segregation findet während der Haltezeit bei der hohen Temperatur statt. Nach dem Stand der Technik erlitt das Trägermaterial in dieser Zeit starke Schäden, was zur Folge hatte, dass die Graphenschicht ungleichmäßig gebildet wurde.It has been found that the formation of the chemical compound with the stabilizing material protects the substrate from damage by the high temperature at the moment when the carbon segregates from it at a high temperature. Typically, the temperature treatment lasts at least between 10 and 30 minutes, and the majority of the segregation occurs during the high temperature hold time. In the prior art, the support material suffered severe damage during this time, resulting in the graphene layer being unevenly formed.

Indem diese Schäden nun vorteilhaft vermieden werden, kann eine Graphenschicht hergestellt werden, die über eine viel größere Fläche als nach dem bisherigen Stand der Technik in ihren Eigenschaften, insbesondere in ihrer Schichtdicke, homogen ist. Gerade die elektrischen Eigenschaften von Graphen hängen äußerst kritisch von seiner Schichtdicke ab. Während eine Monolage Graphen eine metallische elektrische Leitfähigkeit aufweist, weist ein Bilayer Graphen in einem elektrischen Feld eine elektronische Bandlücke auf und verhält sich somit wie ein Halbleiter.By advantageously avoiding these damages, a graphene layer can be produced which is homogeneous in its properties, in particular in its layer thickness, over a much larger area than in the prior art. Especially the electrical properties of graphene depend very critically on its layer thickness. While a monolayer of graphene has a metallic electrical conductivity, a bilayer graphene in an electric field has an electronic band gap and behaves like a semiconductor.

Nach dem bisherigen Stand der Technik konnte die Stabilität des Trägermaterials bei der Temperaturbehandlung zur Segregation des Graphens nur gewährleistet werden, indem eine hinreichend dicke Schicht des Trägermaterials gewählt wurde. Dabei wurde die erhöhte Stabilität damit erkauft, dass der eingebrachte Kohlenstoff bzw. die eingebrachte Kohlenstoffverbindung sich auf eine wesentlich größere Schichtdicke verteilte. Dies erschwerte es, durch Temperaturbehandlung zielgenau, beispielsweise gerade so viel Graphen zu segregieren, dass sich daraus genau eine Monolage bildet. Erfindungsgemäß ist nun auch eine sehr dünne Schicht aus dem Trägermaterial, die im Kontakt mit der chemischen Verbindung steht, bei der Temperaturbehandlung stabil. Wird in eine solch dünne Schicht Kohlenstoff eingebracht, ist die – bei der Einbringung durch Ionenimplantation beispielsweise gaußförmige – Verteilung der Tiefen, in denen sich die Kohlenstoffatome in der Schicht befinden, sehr schmal. Je dünner die Schicht ist, desto weniger Möglichkeiten für verschiedene Tiefen gibt es. Bei der Segregation durch Temperaturbehandlung treten daher überall gleichzeitig Kohlenstoffatome durch die Oberfläche bzw. Grenzfläche des Trägermaterials hindurch, und eine homogene Schicht entsteht.According to the prior art, the stability of the support material during the temperature treatment for segregation of the graphene could only be ensured by selecting a sufficiently thick layer of the support material. Here, the increased stability was paid for by the fact that the introduced carbon or the introduced carbon compound was distributed over a much larger layer thickness. This made it more difficult to pinpoint precisely by temperature treatment, for example, to segregate just enough graphs to form exactly one monolayer. According to the invention, even a very thin layer of the carrier material, which is in contact with the chemical compound, is stable during the temperature treatment. When carbon is introduced into such a thin layer, the distribution of the depths in which the carbon atoms are present in the layer is very narrow, for example, when introduced by ion implantation, such as Gaussian. The thinner the layer, the less possibilities there are for different depths. In the case of segregation by temperature treatment, therefore, carbon atoms everywhere simultaneously pass through the surface or boundary surface of the support material, and a homogeneous layer is formed.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Graphenschicht an der Oberfläche oder an einer Grenzfläche des Trägermaterials oder der chemischen Verbindung gebildet. Die Oberfläche oder Grenzfläche ist dann die Vorlage für das Wachstum der Graphenschicht, so dass die Qualität der Graphenschicht maßgeblich von der Qualität ebendieser Oberfläche oder Grenzfläche abhängt. Wird beispielsweise ein Schichtstapel aus Trägermaterial mit darin enthaltenem Kohlenstoff und Stabilisierungsmaterial temperaturbehandelt, so kann das Graphen zu einer Oberfläche oder Grenzfläche des Trägermaterials segregieren, während das Trägermaterial selbst an der gegenüberliegenden Grenzfläche in das Stabilisierungsmaterial diffundiert und mit diesem die chemische Verbindung bildet. Dieser Prozess kann gestoppt werden, solange noch eine dünne Schicht des Trägermaterials vorhanden ist. Er kann jedoch auch fortgesetzt werden, bis das Trägermaterial vollständig in die chemische Verbindung mit dem Stabilisierungsmaterial überführt ist und die gebildete Graphenschicht an eine Oberfläche oder Grenzfläche dieser chemischen Verbindung angrenzt. Es wurde erkannt, dass jeweils dank der Stabilität der chemischen Verbindung die Fläche, auf der die Graphenschicht gebildet wird, durch die für die Segregation notwendige Temperaturbehandlung deutlich geringere Schäden erleidet, als nach dem bisherigen Stand der Technik.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the graphene layer is formed on the surface or at an interface of the carrier material or the chemical compound. The surface or interface is then the template for the growth of the graphene layer, so that the quality of the graphene layer significantly depends on the quality of this surface or interface. If, for example, a layer stack made of carrier material with carbon and stabilizing material contained therein is temperature-treated, the graphene can segregate to a surface or interface of the carrier material, while the carrier material itself diffuses into the stabilizing material at the opposite interface and forms the chemical compound therewith. This process can be stopped as long as there is still a thin layer of the substrate. However, it may also be continued until the support material is completely converted into the chemical compound with the stabilizing material and the graphene layer formed adjoins a surface or interface of this chemical compound. It was recognized that, in each case thanks to the stability of the chemical compound, the surface on which the graphene layer is formed suffers significantly less damage than the prior art due to the temperature treatment necessary for the segregation.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Trägermaterial koplanar in Kontakt mit dem Stabilisierungsmaterial gebracht. Es kann dann beispielsweise Kohlenstoff senkrecht zur Schichtebene des Trägermaterials segregieren und das Trägermaterial anschließend parallel zu dieser Schichtebene für die Bildung der chemischen Verbindung mit dem Trägermaterial abgezogen werden. Wird etwa eine koplanare Anordnung aus Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial auf ein Substrat aufgebracht und anschließend temperaturbehandelt, so kann zumindest ein Teil des in das Trägermaterial eingebrachten Kohlenstoffs an die Grenzfläche zwischen dem Trägermaterial und dem Substrat segregieren und eine Graphenschicht auf dem Substrat ausbilden. Anschließend kann das Trägermaterial parallel zur Schichtebene von der Graphenschicht weg in das Stabilisierungsmaterial abgezogen werden, wo es mit diesem die chemische Verbindung eingeht. Die Graphenschicht liegt dann auf dem Substrat frei. Die Segregation und das Abziehen des Trägermaterials können auch parallel ablaufen.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the carrier material is coplanar brought into contact with the stabilizing material. It may then, for example, carbon segregate perpendicular to the layer plane of the support material and the support material are then withdrawn parallel to this layer plane for the formation of the chemical compound with the support material. If, for example, a coplanar arrangement of carrier material and stabilizing material is applied to a substrate and subsequently heat-treated, then at least part of the carbon introduced into the carrier material can segregate to the interface between the carrier material and the substrate and form a graphene layer on the substrate. Subsequently, the carrier material can be parallel to the layer plane away from the graphene layer into the stabilizing material where it forms the chemical compound with it. The graphene layer is then exposed on the substrate. The segregation and the removal of the carrier material can also take place in parallel.

Vorteilhaft wird das Graphen durch Temperaturbehandlung bei 600°C oder höher, bevorzugt bei 900°C oder höher und ganz besonders bevorzugt oberhalb bei 1000°C oder höher, segregiert. Die Bildung der chemischen Verbindung aus Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial setzt bereits bei geringeren Temperaturen ein als die Segregation des Graphens. Daher kann zunächst durch Temperaturbehandlung bei einer geringeren Temperatur die chemische Verbindung gebildet werden und anschließend durch weiteres Aufheizen das Graphen segregiert werden. Die Bildung der chemischen Verbindung und die Segregation des Graphens können aber auch parallel erfolgen, indem von vornherein eine Temperatur gewählt wird, die für beide Prozesse ausreicht.Advantageously, the graphene is segregated by heat treatment at 600 ° C or higher, preferably at 900 ° C or higher, and most preferably above 1000 ° C or higher. The formation of the chemical compound of support material and stabilizing material begins even at lower temperatures than the segregation of graphene. Therefore, the chemical compound can first be formed by temperature treatment at a lower temperature, and then the graphene can be segregated by further heating. The formation of the chemical compound and the segregation of the graphene can also be done in parallel, by choosing from the outset a temperature that is sufficient for both processes.

Das Trägermaterial muss zum Einen in der Lage sein, mit dem Stabilisierungsmaterial eine chemische Verbindung einzugehen. Hieraus ergibt sich die weitere Randbedingung, dass die chemische Verbindung für Atome (Moleküle bzw. Ionen) des Trägermaterials eine gewisse Mischbarkeit aufweisen muss. Ansonsten würde unmittelbar nach Ausbildung einer ersten Schicht der Verbindung zwischen Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial das weitere Wachstum dieser Schicht zum Stillstand kommen, weil die dafür notwendigen Reaktionspartner nicht mehr zusammenkommen. Zum Anderen muss die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Trägermaterial gering genug sein, dass dieser im Trägermaterial einen Fremdkörper darstellt und bei Temperaturbehandlung eine Tendenz zeigt, an eine Oberfläche bzw. Grenzfläche zu segregieren. Vorteilhaft wird daher ein Metall, insbesondere ein Übergangsmetall und besonders bevorzugt ein Metall aus der Gruppe Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, W, Er, Ta, Ir, Pt, als Trägermaterial gewählt.The support material must on the one hand be able to enter into a chemical compound with the stabilizing material. This results in the further boundary condition that the chemical compound for atoms (molecules or ions) of the support material must have a certain miscibility. Otherwise, immediately after the formation of a first layer of the connection between carrier material and stabilizing material, the further growth of this layer would come to a standstill because the reaction partners necessary for this no longer come together. On the other hand, the solubility of carbon in the support material must be low enough that it is a foreign body in the support material and shows a tendency during temperature treatment to segregate to a surface or interface. Therefore, a metal, in particular a transition metal and particularly preferably a metal from the group Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, W, Er, Ta is advantageous , Ir, Pt, chosen as carrier material.

Vorteilhaft wird ein halbleitendes Stabilisierungsmaterial und hier insbesondere ein solches, das Silizium, Germanium und/oder Galliumarsenid enthält, gewählt. Halbleiter, insbesondere die genannten Halbleiter und ihre Legierungen, gehen mit einer breiten Gruppe von Metallen eine temperaturstabile chemische Verbindung ein. Zudem kann, wenn ein Halbleiter als Stabilisierungsmaterial gewählt wird, für die Durchführung des Verfahrens auf erprobte Technologien zur Prozessierung von Halbleitern zurückgegriffen werden. Der Halbleiter kann optional auch verspannt sein. Hierdurch wird zum Einen die Gitterkonstante des gebildeten Graphens verändert. Zum Anderen wird die Beweglichkeit der Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) im Halbleiter selbst gesteigert. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Halbleiter in dem elektronischen Bauelement, in dem das Graphen eingesetzt wird, ebenfalls eine Funktion hat.Advantageously, a semiconducting stabilizing material, and in particular one containing silicon, germanium and / or gallium arsenide, is selected. Semiconductors, in particular the semiconductors mentioned and their alloys, enter into a temperature-stable chemical compound with a broad group of metals. In addition, if a semiconductor is chosen as the stabilizing material, proven semiconductor processing techniques can be used to carry out the process. The semiconductor can optionally also be braced. As a result, on the one hand, the lattice constant of the formed graphene is changed. On the other hand, the mobility of the charge carriers (electrons or holes) in the semiconductor itself is increased. This is particularly advantageous when the semiconductor also has a function in the electronic device in which the graph is used.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird ein vom Trägermaterial verschiedenes Metall als Stabilisierungsmaterial gewählt. Beispielsweise können Nickel als Trägermaterial und Titan als Stabilisierungsmaterial gewählt werden. Nickel ist ein sehr gutes Trägermaterial, Titan ist ein guter Haftvermittler für Nickel und andere Metalle auf Glas und bildet gleichzeitig eine stabile chemische Verbindung mit Nickel, z. B. die hochtemperaturstabile (1380°C), geordnete Legierung γ-TiNi₃.In an alternative embodiment of the invention, a different metal from the carrier material is selected as the stabilizing material. For example, nickel may be chosen as the carrier material and titanium as the stabilizing material. Nickel is a very good substrate, titanium is a good adhesion promoter for nickel and other metals on glass and at the same time forms a stable chemical compound with nickel, eg. As the high temperature stable (1380 ° C), ordered alloy γ-TiNi. ₃

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird Kohlenstoff durch Ionenimplantation in das Trägermaterial eingebracht. Für eine präzise Steuerung der Schichtdicke des Graphens, das an der Grenzfläche bzw. Oberfläche des Trägermaterials segregiert, ist es wichtig, genau die, richtige Menge an Kohlenstoff in das Trägermaterial einzubringen. Ionenimplantation ist in der Hinsicht am besten kontrollierbar. Dabei richtet sich die Dosis der Ionen danach, wie viele Ionen für eine Monolage Graphen benötigt werden und wie viele Monolagen Graphen hergestellt werden sollen. Die Energie der Ionen folgt aus der Randbedingung, dass die Ionen in der Schicht aus dem Trägermaterial stoppen sollen. Die Energie und damit die Reichweite der Ionen innerhalb des Trägermaterials werden daher entsprechend der Schichtdicke des Trägermaterials angepasst. Ein Teil dieser Präzision kann gegen Einfachheit und Geschwindigkeit eingetauscht werden, indem beispielsweise CVD verwendet oder Kohlenstoff bzw. eine Kohlenstoffverbindung durch gleichzeitiges oder sequentielles Ko-Sputtern mit dem Trägermaterial in das Trägermaterial eingebracht wird.In a particularly advantageous embodiment of the invention, carbon is introduced into the carrier material by ion implantation. For precise control of the layer thickness of the graphene which segregates at the interface of the carrier material, it is important to introduce exactly the right amount of carbon into the carrier material. Ion implantation is the most controllable in that regard. The dose of ions depends on how many ions are needed for a monolayer of graphene and how many monolayers of graphene are to be produced. The energy of the ions follows from the constraint that the ions in the layer of carrier material should stop. The energy and thus the range of the ions within the carrier material are therefore adjusted according to the layer thickness of the carrier material. Part of this precision can be traded for simplicity and speed by, for example, using CVD or introducing carbon or a carbon compound into the substrate by co-sputtering sequentially with the substrate.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Stabilisierungsmaterial gewählt, das als Schicht auf einem Material vorliegt, welches bei der oder den Temperaturbehandlungen gegenüber dem Trägermaterial inert ist. Dann kann der solchermaßen begrenzte Vorrat an Stabilisierungsmaterial als natürliche Grenze für die Überführung des Trägermaterials in die chemische Verbindung genutzt werden. Entsprechend der Stöchiometrie, in der sich Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial zur chemischen Verbindung zusammenschließen, kann das Stabilisierungsmaterial eine genau bekannte Schichtdicke an Trägermaterial in die chemische Verbindung überführen. Jedes Mehr an Trägermaterial wird nach der Temperaturbehandlung erhalten bleiben.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a stabilizing material is selected which is present as a layer on a material which is inert with respect to the carrier material during the temperature treatment (s). Then the thus limited supply of stabilizing material can be used as a natural limit for the conversion of the carrier material into the chemical compound. In accordance with the stoichiometry, in which the carrier material and stabilizing material combine to form the chemical compound, the stabilizing material can transfer a precisely known layer thickness of carrier material into the chemical compound. Any additional carrier material will be retained after the temperature treatment.

Beispielsweise kann ein metallisches Trägermaterial auf einen SOI (Silicon an Insulator) Wafer aufgebracht werden. Dieser besteht aus Silizium als Grundmaterial (Bulk) mit einer Isolatorschicht, beispielsweise aus SiO₂ oder Al₂O₃, und einer auf dieser Isolatorschicht aufgebrachten Siliziumschicht. Diese Schicht dient als Stabilisierungsmaterial. Die Dicke der Silizium-Oberflächenschicht beträgt typischerweise zwischen 5 und 70 nm. Das metallische Trägermaterial, das hierauf beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern oder CVD aufgebracht werden kann, bildet mit dem Silizium ein Silizid, beispielsweise NiSi₂. Diese binären Silizidphasen sind insbesondere auf SiO₂ ungleich stabiler als ein reines Metall. Ist das Silizium der Oberflächenschicht aufgebraucht, stoppt die Silizidbildung, und eventuell noch vorhandenes Metall bleibt als Metall erhalten. Beispielsweise kann durch eine erste Temperaturbehandlung auf diese Weise eine Schicht aus metallischem Trägermaterial stabilisiert und hierin Kohlenstoff implantiert werden. Eine zweite Temperaturbehandlung bei höherer Temperatur befördert den Kohlenstoff dann an die Oberfläche der Metallschicht, wo sich eine Schicht aus Graphen bildet.For example, a metallic carrier material can be applied to an SOI (silicon to insulator) wafer. This consists of Silicon as base material (bulk) with an insulator layer, for example of SiO ₂ or Al ₂ O ₃ , and a silicon layer applied to this insulator layer. This layer serves as a stabilizing material. The thickness of the silicon surface layer is typically between 5 and 70 nm. The metallic carrier material that can be applied thereto, for example by vapor deposition, sputtering or CVD, forms a silicide with the silicon, for example NiSi ₂ . These binary silicide phases are much more stable, especially on SiO _2, than a pure metal. When the silicon of the surface layer is used up, silicide formation stops and any remaining metal remains as a metal. For example, a first temperature treatment in this way stabilizes a layer of metallic carrier material and carbon can be implanted therein. A second temperature treatment at a higher temperature then conveys the carbon to the surface of the metal layer where a layer of graphene forms.

Die Stabilität hängt auch von der Kristallorientierung ab. (111) orientierte NiSi₂- und CoSi₂-Filme sind wesentlich stabiler als (100) orientierte Schichten, da die (111) Grenzflächenenergie minimal ist. Im Vergleich zu Ni auf SiO₂ wird auch die intrinsische Filmspannung von Ni auf Ni-Silizid reduziert.The stability also depends on the crystal orientation. (111) oriented NiSi ₂ and CoSi ₂ films are much more stable than (100) oriented layers because the (111) interfacial energy is minimal. Compared to Ni on SiO ₂ , the intrinsic film stress is also reduced from Ni to Ni silicide.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ni Schichtdicke nicht allein aus Stabilitätsgründen sehr dick sein muss, sondern bezüglich der Implantation und der Segregation von C zur Oberfläche optimiert werden kann. Die erforderliche Ni Schichtdicke ergibt sich aus der Schicht Ni, die erforderlich ist, um das Si des SOI Wafers vollständig zu silizidieren zuzüglich der Ni Dicke für die Graphenbildung. Um beispielsweise 15 nm Si vollständig in die NiSi₂ Phase zu überführen, ist eine 7 nm Ni Schicht erforderlich. Vorteilhaft bildet die chemische Verbindung eine zwischen 20 und 100 nm dicke Schicht. Welche Schichtdicke innerhalb dieses Bereichs optimal ist, hängt von der Orientierung und der Phase (bei Nickelsilizid: NiSi, NiSi₂, ...) der Schicht ab, die die chemische Verbindung bildet.Another advantage is that the Ni layer thickness need not be very thick for stability reasons alone, but can be optimized with respect to the implantation and the segregation of C to the surface. The required Ni layer thickness results from the layer Ni required to completely silicidize the Si of the SOI wafer plus the Ni thickness for graphene formation. For example, to completely convert 15 nm of Si into the NiSi ₂ phase, a 7 nm Ni layer is required. Advantageously, the chemical compound forms a layer between 20 and 100 nm thick. The optimum layer thickness within this range depends on the orientation and phase (for nickel silicide: NiSi, NiSi ₂ , ...) of the layer that forms the chemical compound.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen dem Trägermaterial und dem Stabilisierungsmaterial eine weitere Schicht aus einem Metall oder Metalloxid oder aus der von Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial gebildeten chemischen Verbindung eingebracht. Das Metall kann beispielsweise Aluminium oder Titan sein. Dann kann die chemische Verbindung zwischen Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial durch zwischenschichtvermittelte Epitaxie epitaktisch wachsen. Die Zwischenschicht erfüllt eine doppelte Funktion: Zum Einen bremst sie die Diffusion des Trägermaterials in das Stabilisierungsmaterial, so dass das Trägermaterial nicht mit einem schnelleren Tempo vorgelegt wird als es epitaktisch eingebaut werden kann. Zum Anderen beeinflusst das Material der Zwischenschicht auch die chemische Verbindung, so dass sich deren Gitterkonstante ändert. Eine Zwischenschicht aus der von Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial gebildeten chemischen Verbindung dient als Kristallisationskeim für den weiteren epitaktischen Aufbau dieser chemischen Verbindung als geordnete Legierung.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a further layer of a metal or metal oxide or of the chemical compound formed by the carrier material and stabilizing material is introduced between the carrier material and the stabilizing material. The metal may be, for example, aluminum or titanium. Then, the chemical bond between support material and stabilizing material can grow epitaxially by interlayer-mediated epitaxy. The intermediate layer fulfills a dual function: on the one hand, it slows down the diffusion of the carrier material into the stabilizing material, so that the carrier material is not presented at a faster rate than it can be epitaxially incorporated. On the other hand, the material of the intermediate layer also influences the chemical compound so that its lattice constant changes. An intermediate layer of the chemical compound formed by the carrier material and stabilizing material serves as a crystallization nucleus for the further epitaxial structure of this chemical compound as an ordered alloy.

Die Schichtqualität von Graphen hängt stark von der Oberflächenbeschaffenheit und Morphologie der Metallschicht ab. Besonders vorteilhaft ist eine atomar glatte, einkristalline Schicht, da diese keine Korngrenzen enthält. Sowohl NiSi₂ als auch CoSi₂ können auf Grund der kleinen Gitterfehlanpassung von –0.4% bzw. von –1.2% einkristallin auf Si hergestellt werden. Dies gelingt durch epitaktische Abscheidung oder durch Zwischenschicht vermittelnde Epitaxie während einer Festkörperreaktion (wie z. B. durch eine Silizidierung). Als Zwischenschicht eignen sich ultradünne Oxidschichten, dünne Ti-Schichten oder beispielsweise Al-Schichten auf einkristallinen SiGe-Legierungschichten. (111) orientierte Filme können einfach durch Abscheidung von Ni bzw. Co auf einem Substrat und anschließender Temperung bei ca 700–900°C hergestellt werden. Diese Schichten zeichnen sich durch atomar scharfe Grenzflächen aus. Dementsprechend weist eine darauf deponierte Ni-Schicht neben der bereits erwähnten hohen thermischen Stabilität auch besonders gute morphologische Eigenschaften auf.The layer quality of graphene strongly depends on the surface condition and morphology of the metal layer. Particularly advantageous is an atomically smooth, monocrystalline layer, since this contains no grain boundaries. Both NiSi ₂ and CoSi ₂ can be produced monocrystalline on Si due to the small lattice mismatch of -0.4% and -1.2%, respectively. This is achieved by epitaxial deposition or interlayer-mediated epitaxy during a solid state reaction (such as by silicidation). Ultrathin oxide layers, thin Ti layers or, for example, Al layers on monocrystalline SiGe alloy layers are suitable as the intermediate layer. (111) oriented films can be prepared simply by depositing Ni or Co on a substrate and then annealing at about 700-900 ° C. These layers are characterized by atomically sharp interfaces. Accordingly, a Ni layer deposited thereon also has particularly good morphological properties in addition to the already mentioned high thermal stability.

Ein weiterer Vorteil gegenüber Ni auf SiO₂ erweist sich beim (lithographischen) Strukturieren kleiner Flächen. Für viele Anwendungen ist Graphen nur an bestimmten Stellen auf dem Substrat erforderlich. Silizide sind mit Standard-Reinraumtechniken strukturierbar bzw. können auch unter Verwendung von SiO₂ oder Nitridmasken (selektiv) strukturiert hergestellt werden.Another advantage over Ni on SiO ₂ is the (lithographic) structuring of small areas. For many applications, graphene is required only at certain locations on the substrate. Silicides can be patterned using standard cleanroom techniques, or can also be fabricated using SiO ₂ or nitride masks (selectively).

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden auf ein Substrat zuerst das Trägermaterial einschließlich des Kohlenstoffs und erst dann das Stabilisierungsmaterial aufgebracht. Das Graphen wird dann an der Grenzfläche des Trägermaterials zum Substrat segregiert. Mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens lässt sich eine Graphen-Schicht auch auf einem isolierenden Substrat herstellen, aus dem Kohlenstoff bei Temperaturbehandlung nicht direkt segregieren kann. Ein solches isolierendes Substrat kann beispielsweise SiO₂ sein, etwa als Bulkmaterial oder als Oxidschicht auf einem Silizium-Wafer. Der Begriff „Substrat” schließt also in diesem Zusammenhang auch Schichten ein und ist nicht auf Objekte aus Bulkmaterial beschränkt. Diese Schichten können beispielsweise „high-k” Dielektrika sein, etwa aus der Gruppe HfO₂, Al₂O₃, BN, LaLuO₃, HfSiON.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the carrier material including the carbon and only then the stabilizing material are applied to a substrate first. The graphene is then segregated at the interface of the carrier material to the substrate. With this embodiment of the method, a graphene layer can also be produced on an insulating substrate from which carbon can not segregate directly during temperature treatment. Such an insulating substrate may be, for example, SiO ₂ , for example as a bulk material or as an oxide layer on a silicon wafer. The term "substrate" thus also includes layers in this context and is not limited to objects made of bulk material. These layers can be, for example, "high-k" dielectrics, for example from the group HfO ₂ , Al ₂ O ₃ , BN, LaLuO ₃ , HfSiON.

Vorteilhaft werden nach der Segregation des Graphens das Stabilisierungsmaterial, das Trägermaterial und die chemische Verbindung, soweit jeweils noch vorhanden, entfernt. Das Graphen liegt dann auf dem Substrat frei und ist für die Nutzung als Funktionsschicht uneingeschränkt zugänglich. After the segregation of the graphene, the stabilizing material, the carrier material and the chemical compound, if still present, are advantageously removed. The graphene is then exposed on the substrate and is fully accessible for use as a functional layer.

Vorteilhaft werden das Trägermaterial und das Stabilisierungsmaterial vor der Temperaturbehandlung, die die chemische Verbindung ausbildet, lateral strukturiert. Dann ist auch das letztendlich segregierte Graphen lateral strukturiert. Es können beispielsweise Graphen-Nanostreifen (Nano-Ribbons) hergestellt werden. Solche Nanostreifen von wenigen Nanometern Breite sind technologisch interessant, da abhängig von der Breite durch die Quantisierung der elektronischen Zustände eine Bandlücke entsteht. Die laterale Strukturierung kann vor oder auch nach dem Einbringen des Kohlenstoffs bzw. der Kohlenstoffverbindung in das Trägermaterial erfolgen.Advantageously, the support material and the stabilizing material are laterally structured before the temperature treatment which forms the chemical compound. Then the finally segregated graphene is laterally structured. For example, graphene nanoribbons (nano-ribbons) can be produced. Such nanostrims with a width of a few nanometers are technologically interesting because, depending on the width, quantization of the electronic states leads to a band gap. The lateral structuring can take place before or after the introduction of the carbon or the carbon compound into the carrier material.

Spezieller BeschreibungsteilSpecial description part

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird. Es ist gezeigt:The subject matter of the invention will be explained below with reference to figures, without the subject matter of the invention being limited thereby. It is shown:

1: Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem SOI-Substrat als Ausgangsmaterial. 1 Embodiment of the method according to the invention with an SOI substrate as the starting material.

2: Segregation von Graphen direkt auf eine isolierende SiO₂-Schicht. 2 : Segregation of graphene directly onto an insulating SiO ₂ layer.

3: Verwendung einer NiSi₂-Schicht als Kristallisationskeim. 3 : Use of a NiSi ₂ layer as a crystallization seed.

4: Charakterisierung einer erfindungsgemäß hergestellten Graphenschicht mit Rasterelektronenmikroskopie und Raman-Spektroskopie. 4 : Characterization of a Graphene Layer Produced According to the Invention with Scanning Electron Microscopy and Raman Spectroscopy.

5: Weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Graphen-Nanostreifens auf SiO₂ am Grund eines Grabens in einer Si-Schicht. 5 Another embodiment for producing a graphene nanorod on SiO ₂ at the bottom of a trench in an Si layer.

6: Abwandlung des in 5 gezeigten Prozesses ohne Ionenimplantation. 6 : Modification of in 5 shown process without ion implantation.

7: Integration von Graphen-Nanostreifen in einen Transistor. 7 : Integration of graphene nanorape into a transistor.

8: Herstellung eines Transistors mit besonders dünner Basis. 8th : Production of a transistor with a particularly thin base.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf einem SOI Substrat bestehend aus Si-Bulkmaterial 101, einer Oxidschicht 102 und einer Si-Schicht 103 mit einer Dicke von 15 nm als Stabilisierungsmaterial wird eine 60 nm dicke Ni-Schicht 104 als Trägermaterial aufgesputtert Anschließend werden C⁺ Ionen mit einer Energie von 10 keV und einer Dosis von 2·10¹⁵ C^±-Ionen/cm² in die Ni Schicht implantiert (1a). 1 schematically shows an embodiment of the method according to the invention. On an SOI substrate consisting of Si bulk material 101 , an oxide layer 102 and a Si layer 103 with a thickness of 15 nm as the stabilizing material becomes a 60 nm thick Ni layer 104 sputtered on as carrier material Subsequently, C ⁺ ions are implanted in the Ni layer with an energy of 10 keV and a dose of 2 × 10 ¹⁵ C ^± ions / cm ² ( 1a ).

Das Schichtsystem wird anschließend im Vakuum bei 900°C 30 min getempert (1b). Dabei diffundiert Ni aus der Ni-Schicht 104 in die Si-Schicht 103. Zugleich segregiert Kohlenstoff C zur Oberfläche der Ni-Schicht 104.The layer system is subsequently heat-treated in vacuo at 900 ° C. for 30 minutes ( 1b ). In the process, Ni diffuses out of the Ni layer 104 in the Si layer 103 , At the same time, carbon C segregates to the surface of the Ni layer 104 ,

1c zeigt das nach kontrolliertem Abkühlen erhaltene Ergebnis. Die Si-Schicht 103 ist mit einem Teil des Ni aus der Ni-Schicht 104 vollständig zu einer NiSi₂-Schicht 105 durchreagiert. Hierauf ist der Rest der Ni-Schicht 104 sehr stabil gebunden. Der an die Oberfläche der Ni-Schicht 104 segregierte Kohlenstoff hat eine ein- oder mehrlagige Graphenschicht 106 ausgebildet. 1c shows the result obtained after controlled cooling. The Si layer 103 is with a part of the Ni from the Ni layer 104 completely to a NiSi ₂ layer 105 by responding. This is the remainder of the Ni layer 104 tied very stable. The to the surface of the Ni-layer 104 segregated carbon has a single or multi-layer graphene layer 106 educated.

Die Bildung der NiSi₂-Schicht 105 und die Segregation des Kohlenstoffs an die Oberfläche der Ni-Schicht 104 können auch nacheinander erfolgen. Hierzu wird zuerst eine Temperaturbehandlung bei einer Temperatur durchgeführt, bei der die Bildung der NiSi₂-Schicht 105 einsetzt, jedoch noch nicht die Segregation des Kohlenstoffs. Erst wenn die Ni-Schicht 104 vollständig ausgebildet ist, wird die Temperatur in einen Bereich gesteigert, in dem der Kohlenstoff segregiert. Es kann alternativ auch zunächst eine reine Ni-Schicht 104 ohne implantierten Kohlenstoff teilweise in eine NiSi₂-Schicht 105 umgewandelt und anschließend in die verbliebene ausgedünnte Ni-Schicht 104 Kohlenstoff implantiert werden, bevor dieser durch Temperaturbehandlung aus der Ni-Schicht segregiert.The formation of the NiSi ₂ layer 105 and the segregation of the carbon to the surface of the Ni layer 104 can also be done consecutively. For this purpose, a heat treatment is first carried out at a temperature at which the formation of the NiSi ₂ layer 105 but not yet the segregation of carbon. Only when the Ni layer 104 is fully formed, the temperature is increased to a range in which the carbon segregates. It may alternatively be a pure Ni layer first 104 partially without implanted carbon into a NiSi ₂ layer 105 converted and then into the remaining thinned Ni layer 104 Carbon are implanted before it segregates from the Ni layer by temperature treatment.

Die Schichtstrukturen können zwecks Bildung von Graphen-Nanostreifen jeweils lateral strukturiert werden. Beispielsweise kann die obere Si-Schicht 103 lithographisch strukturiert und die Ni-Schicht 104 selektiv nur auf den bei der Strukturierung erhalten gebliebenen Teil der Si-Schicht 103 aufgebracht werden. Auch alle weiteren Bearbeitungsschritte spielen sich dann nur in dem ursprünglich durch die Strukturierung der Si-Schicht 103 vorgesehenen Bereich ab.The layer structures can each be laterally structured to form graphene nanorape. For example, the upper Si layer 103 lithographically structured and the Ni layer 104 selectively only to the part of the Si layer which has remained intact in the structuring 103 be applied. All further processing steps then play only in the originally by the structuring of the Si layer 103 intended area.

2 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Graphen auf eine isolierende SiO₂-Schicht aufgebracht wird. Zunächst wird auf einem Silizium-Substrat 101 eine Oberflächenschicht 102 aus SiO₂ gebildet, beispielsweise durch thermische Oxidation. Anschließend wird als Trägermaterial entweder eine Ni-Schicht 104 deponiert, in die anschließend C⁺-Ionen implantiert werden, oder es wird bereits während der Deposition der Ni-Schicht 104 Kohlenstoff eingebracht, beispielsweise durch gleichzeitiges oder sequentielles Co-Sputtern. Auf dieses Trägermaterial wird eine Si-Schicht 103 als Stabilisierungsmaterial aufgebracht. Ist diese Schicht dünn genug, kann die Implantation der C⁺-Ionen in die Ni-Schicht 104 alternativ auch erst nach dem Aufbringen der Si-Schicht 103 erfolgen. Der jetzt erhaltene Zwischenzustand ist in 2a dargestellt. 2 shows a schematic embodiment of the method according to the invention, in the graph on an insulating SiO ₂ layer is applied. First, on a silicon substrate 101 a surface layer 102 formed from SiO ₂ , for example by thermal oxidation. Subsequently, either a Ni layer is used as the carrier material 104 in which subsequently C ⁺ ions are implanted, or it is already during the deposition of the Ni layer 104 Carbon introduced, for example, by simultaneous or sequential co-sputtering. On this carrier material is an Si layer 103 applied as a stabilizing material. If this layer is thin enough, the implantation of C ⁺ ions into the Ni layer can be 104 alternatively also only after the application of the Si layer 103 respectively. The now obtained intermediate state is in 2a shown.

Es wird nun eine Temperaturbehandlung durchgeführt, so dass sich ein Teil der Ni-Schicht 104 mit dem Silizium aus der Si-Schicht 103 zu NiSi₂ 108 verbindet und gleichzeitig an der Grenzfläche der Ni-Schicht 104 zur SiO₂-Schicht 102 Kohlenstoff aus der Ni-Schicht 104 zu einer Graphenschicht 106 segregiert. Der jetzt erhaltene Zwischenzustand ist in 2b dargestellt.It is now carried out a temperature treatment, so that a part of the Ni layer 104 with the silicon from the Si layer 103 to NiSi ₂ 108 connects and at the same time at the interface of the Ni layer 104 to the SiO ₂ layer 102 Carbon from the Ni layer 104 to a graphene layer 106 segregated. The now obtained intermediate state is in 2 B shown.

Abschließend werden die NiSi₂-Schicht 108 und die verbliebene Ni-Schicht 104 selektiv entfernt. Das in 2c gezeigte Endergebnis ist eine freiliegende Graphenschicht 106 direkt auf SiO₂ 102.Finally, the NiSi ₂ layer 108 and the remaining Ni layer 104 selectively removed. This in 2c The final result shown is an exposed graphene layer 106 directly on SiO ₂ 102 ,

Diese Graphenschicht kann lateral strukturiert werden. Hierzu kann beispielsweise die Ni-Schicht 104 vor oder nach der Ionenimplantation lithographisch strukturiert werden.This graphene layer can be laterally structured. For this purpose, for example, the Ni layer 104 be lithographically structured before or after the ion implantation.

3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf das Si-Substrat 101, das hier zugleich als Stabilisierungsmaterial dient, zunächst eine NiSi₂-Schicht 109 durch eine Festkörperreaktion (Silizidierung) oder durch Molekularstrahlepitaxie epitaktisch aufgewachsen wird. Erst danach wird die Ni-Schicht 104 aufgebracht und mit C⁺-Ionen implantiert (3a). Anschließend wird die Struktur getempert. Während der thermischen Behandlung laufen drei thermische Reaktionen gleichzeitig ab: (i) Die Silizidbildung setzt sich fort, da Ni mit Si aus dem Substrat weiteres Silizid bildet und dadurch die Nickelschicht aufgebraucht wird. Im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen ist hier also das Angebot an Trägermaterial der begrenzende Faktor für die Ausbildung der chemischen Verbindung. Gleichzeitig segregiert C in der Metallschicht zur Oberfläche und bildet Graphen. Verstärkt wird diese Reaktion dadurch, dass das Metall (Ni) zur Silizidbildung Richtung Substrat diffundiert und so das im Metall vorhandene C an der Oberfläche stetig angereichert wird. Die beiden Prozesse führen zur Bildung einer Graphenschicht an der Oberfläche. Da es sich dabei um thermisch aktivierte Prozesse handelt, hängt die Gewichtung der Prozesse stark von der Temperatur ab, so dass die Temperaturbehandlung fachmännisch angepasst werden muss. 3b zeigt einen Zwischenzustand während der Temperaturbehandlung, in dem noch ein Teil der Ni-Schicht 104 vorhanden ist. 3c zeigt den Endzustand, in dem die Ni-Schicht komplett aufgebraucht ist. 3 schematically shows another embodiment of the invention, wherein the Si substrate 101 , which also serves as a stabilizing material, initially a NiSi ₂ layer 109 grown epitaxially by a solid state reaction (silicidation) or by molecular beam epitaxy. Only then does the Ni layer become 104 applied and implanted with C ⁺ ions ( 3a ). Subsequently, the structure is annealed. During thermal treatment, three thermal reactions occur simultaneously: (i) Silicidation continues as Ni forms further silicide with Si from the substrate, thereby depleting the nickel layer. In contrast to the other exemplary embodiments, the supply of carrier material is therefore the limiting factor for the formation of the chemical compound. At the same time, C in the metal layer segregates to the surface and forms graphene. This reaction is enhanced by the fact that the metal (Ni) diffuses toward silicide formation in the direction of the substrate, thus continuously enriching the C present in the metal at the surface. The two processes lead to the formation of a graphene layer on the surface. Since these are thermally activated processes, the weighting of the processes depends strongly on the temperature, so that the temperature treatment must be expertly adjusted. 3b shows an intermediate state during the temperature treatment, in which still a part of the Ni layer 104 is available. 3c shows the final state in which the Ni layer is completely used up.

4a zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Graphen-Schicht auf einem SOI Substrat. Als Ausgangsmaterial wurde ein SOI Substrat mit einer 15 nm dicken oberen Siliziumschicht und einer 145 nm dicken SiO₂ Isolierschicht auf Si-Bulkmaterial verwendet. Nach Reinigung und Abätzen der auf der oberen Si-Schicht gebildeten Oxidschicht wurde auf die obere Si-Schicht eine 60 nm dicke Nickel-Schicht aufgesputtert. In diese Nickel-Schicht wurden 10¹⁶ C⁺-Ionen/cm² mit einer Energie von 10 keV implantiert. Anschließend wurde die Probe im Vakuum bei 900°C für 30 min getempert. Dabei wurde das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Während des Temperns diffundierte Ni in die obere Si-Schicht und reagierte mit dem Si zu NiSi, wobei etwa 7 nm der Ni-Schicht aufgebraucht wurden, um die 15 nm Si vollständig in NiSi umzuwandeln. Währenddessen segregierten Kohlenstoffatome an der Oberfläche der Ni-Schicht und bildeten dort eine Graphen-Schicht. 4a shows a scanning electron micrograph of a graphene layer prepared by the method according to the invention on an SOI substrate. As the starting material, an SOI substrate having a 15 nm-thick upper silicon layer and a 145 nm-thick SiO ₂ insulating layer on Si bulk material was used. After cleaning and etching of the oxide layer formed on the upper Si layer, a 60 nm thick nickel layer was sputtered onto the upper Si layer. In this nickel layer 10 ¹⁶ C ⁺ ions / cm ^{2 were} implanted with an energy of 10 keV. Subsequently, the sample was annealed in vacuo at 900 ° C for 30 minutes. This was the in 1 illustrated embodiment of the method according to the invention carried out. During annealing, Ni diffused into the upper Si layer and reacted with the Si to form NiSi, consuming about 7 nm of the Ni layer to completely convert the 15 nm Si to NiSi. Meanwhile, carbon atoms segregated on the surface of the Ni layer to form a graphene layer.

4b zeigt ein Raman-Spektrum, das an der Probe aufgenommen wurde. Aufgetragen ist jeweils die Intensität I in willkürlichen Einheiten über der Raman-Verschiebung R. Die Peaks G und G' gehören zu Kohlenstoff und zeigen an, dass sich mehr als eine Monolage Graphen gebildet hat: Wäre nur eine Monolage gebildet worden, wäre der Peak G' deutlich schmaler und höher. Dass mehr als eine Monolage gebildet wurde, führen die Erfinder darauf zurück, dass die Dosis der C⁺-Ionen zu hoch gewählt wurde. Der Peak D ist Defekten zuzuordnen und hat nichts mit den in 5a sichtbaren dunklen Klumpen auf der Oberfläche der Probe zu tun, bei denen es sich um Kontaminationen handelt. 4b shows a Raman spectrum recorded on the sample. In each case, the intensity I is plotted in arbitrary units over the Raman shift R. The peaks G and G 'belong to carbon and indicate that more than one monolayer of graphene has formed: If only one monolayer had been formed, the peak G would be 'significantly narrower and higher. That more than one monolayer was formed, the inventors believe that the dose of C ⁺ ions was too high. The peak D is attributed to defects and has nothing to do with the 5a visible dark lumps on the surface of the sample that are contaminants.

Die Probe hatte insgesamt eine Fläche von 2 cm². Es wurde ein Raman-Mapping dieser Fläche durchgeführt, d. h. die Fläche wurde in einem Raster von 10 μm Kantenlänge abgerastert und an jedem Punkt ein Raman-Spektrum aufgenommen. Die Spektren waren jeweils sehr ähnlich zu dem in 5b gezeigten Spektrum. Somit konnte auf einer im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik sehr großen Fläche eine homogene Graphen-Schicht realisiert werden.The sample had a total area of 2 cm ² . A Raman mapping of this area was performed, ie the area was scanned in a raster of 10 μm edge length and a Raman spectrum was recorded at each point. The spectra were very similar to those in 5b shown spectrum. Thus, a homogeneous graphene layer could be realized on a very large area compared to the prior art.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Trägermaterial zumindest in Teilbereichen koplanar mit dem Stabilisierungsmaterial in Kontakt gebracht wird. Ausgangsmaterial ist wieder ein SOI Substrat aus Si-Bulkmaterial 101 mit darauf befindlicher SiO₂-Isolatorschicht 102 und oberer Si-Schicht 103. Auf die obere Si-Schicht 103 wird eine weitere Isolatorschicht 111 aus einem Metall- oder Halbleiteroxid aufgewachsen. Anschließend wird in die Stapelung aus oberer Si-Schicht 103 und Isolatorschicht 111 ein Graben strukturiert, der bis an die Grenzfläche der Isolatorschicht 102 reicht und diese somit freilegt. Es wird eine Ni-Schicht 104 als Trägermaterial aufgebracht und mit C⁺-Ionen implantiert (5a). Innerhalb des Grabens kommt diese Ni-Schicht 104 koplanar mit der oberen Si-Schicht 103 in Kontakt, die als Stabilisierungsmaterial fungiert. Außerhalb des Grabens hindert die weitere Isolatorschicht 111 das Nickel daran, in Kontakt mit der oberen Si-Schicht 103 zu kommen. Während der anschließenden Wärmebehandlung segregiert Kohlenstoff aus der Ni-Schicht 104 an die Grenzfläche zwischen dieser Schicht und der SiO₂-Isolatorschicht 102. Gleichzeitig diffundiert das Nickel in der Ebene der Schicht 104 zu beiden Seiten des Grabens in die obere Si-Schicht 103, wo es zu Nickelsilizid 112 reagiert. Nachdem das komplette Nickel innerhalb des Grabens umgewandelt wurde, bleibt am Grund des Grabens nur noch ein Graphen-Nanostreifen 106 übrig, der unmittelbar auf der SiO₂-Isolatorschicht 102 aufliegt (5b). Weiteres Graphen kann sich an der Oberfläche des Silizids 112 bilden, dies stört aber die Funktion des Graphen-Nanostreifens 106 nicht. Durch einen selektiven Ätzprozess wird das auf der Isolatorschicht 111 verbliebene Nickel 104 entfernt (5c). 5 shows an embodiment of the method according to the invention, in which the carrier material is brought coplanar with the stabilizing material at least in partial areas in contact. Starting material is again an SOI substrate made of bulk Si material 101 with SiO ₂ insulator layer thereon 102 and upper Si layer 103 , On the upper Si layer 103 becomes another insulator layer 111 grown from a metal or semiconductor oxide. Subsequently, in the stack of upper Si layer 103 and insulator layer 111 one Trench structured up to the interface of the insulator layer 102 ranges and thus exposes them. It becomes a Ni layer 104 applied as a carrier material and implanted with C ⁺ ions ( 5a ). Inside the trench comes this Ni layer 104 coplanar with the upper Si layer 103 in contact, which acts as a stabilizing material. Outside the trench prevents the further insulator layer 111 the nickel on it, in contact with the upper Si layer 103 get. During the subsequent heat treatment, carbon segregates from the Ni layer 104 at the interface between this layer and the SiO ₂ insulator layer 102 , At the same time, the nickel diffuses in the plane of the layer 104 on either side of the trench into the top Si layer 103 where it is to nickel silicide 112 responding. After the complete nickel has been transformed within the trench, only a graphene nanorape remains at the bottom of the trench 106 left, directly on the SiO ₂ insulator layer 102 rests on ( 5b ). Further graphene can attach to the surface of the silicide 112 but this interferes with the function of the graphene nanorod 106 Not. By a selective etching process that is on the insulator layer 111 remaining nickel 104 away ( 5c ).

6 zeigt eine Abwandlung des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels. Der Unterschied liegt darin, dass der Kohlenstoff nicht durch Implantation in die Ni-Schicht 104 eingebracht wird, sondern zunächst in Form einiger Monolagen Kohlenstoff 113 auf die Ni-Schicht 104 aufgebracht wird (6a). Bei der anschließenden Wärmebehandlung steigt die Löslichkeit des Kohlenstoffs in der Ni-Schicht 104 an, so dass der Kohlenstoff 113 in die Ni-Schicht 104 übergeht (in 6b als schwarze Kreise innerhalb der Schicht 104 dargestellt) und von dort aus an die Grenzfläche zur SiO₂-Isolatorschicht 102 segregiert. Gleichzeitig bildet sich dort, wo die Ni-Schicht 104 innerhalb des Grabens im Kontakt mit dem Si 103 steht, das Silzid 112. Es wird das gleiche Endergebnis (6c) erhalten wie gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel. Der Vorteil des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels liegt darin, dass lediglich Apparaturen zum Aufbringen von Schichten benötigt werden, aber keine Apparatur für die Ionenimplantation. 6 shows a modification of the in 5 shown embodiment. The difference is that the carbon is not implanted in the Ni layer 104 is introduced, but first in the form of some monolayers of carbon 113 on the Ni layer 104 is applied ( 6a ). In the subsequent heat treatment, the solubility of the carbon in the Ni layer increases 104 on, so the carbon 113 in the Ni layer 104 passes (in 6b as black circles within the layer 104 shown) and from there to the interface to the SiO ₂ insulator layer 102 segregated. At the same time forms where the Ni layer 104 within the trench in contact with the Si 103 stands, the Silzid 112 , It will be the same end result ( 6c ) as described in 5 shown embodiment. The advantage of in 6 The embodiment shown is that only equipment for applying layers are needed, but no apparatus for ion implantation.

7a zeigt, wie die gemäß den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen des Verfahrens hergestellten Graphen-Nanostreifen in einen Transistor integriert werden können. Wegen seiner hohen Ladungsträgerbeweglichkeit eignet sich der Graphen-Streifqen 106 sehr gut als Kanalmaterial. Die silizidierten Bereiche 112 zu beiden Seiten des Grabens haben elektrischen Kontakt zu diesem Graphen-Streifen 106 und eignen sich wegen ihrer metallischen Leitfähigkeit als Source(S)- bzw. Drain(D)-Kontakte. Die SiO₂-Isolatorschicht 102 ist das Gate-Dielektrikum, und das Si-Bulkmaterial 101 fungiert als (halbleitendes) Gate G. 7a shows how the according to the in the 5 and 6 shown embodiments of the method produced graphene nanorod can be integrated into a transistor. Because of its high charge carrier mobility, the graphene strip is suitable 106 very good as a channel material. The silicided areas 112 on either side of the trench have electrical contact with this graphene strip 106 and, because of their metallic conductivity, are suitable as source (S) and drain (D) contacts. The SiO ₂ insulator layer 102 is the gate dielectric, and the Si bulk material 101 acts as (semiconducting) gate G.

7b zeigt ein analoges Beispiel für einen Transistor mit einem Graphen-Nanostreifen 106 als Kanal. Der Unterschied zu 7a besteht darin, dass das Substrat an Stelle der SiO₂-Isolatorschicht 102 eine „high-k” dielektrische Schicht 114 (beispielsweise aus der Gruppe HfO₂, Al₂O₃, BN, LaLuO₃, HfSiON) mit eingebetteter metallischer Gate-Struktur (beispielsweise aus der Gruppe TiN, TaN, Silizid) enthält. Die Kombination des „high-k” Dielektrikums mit dem metallischen Gate verbessert die Elektrostatik des Transistors. 7b shows an analogous example of a transistor with a graphene nanorod 106 as a channel. The difference to 7a is that the substrate instead of the SiO ₂ insulator layer 102 a "high-k" dielectric layer 114 (for example from the group HfO ₂ , Al ₂ O ₃ , BN, LaLuO ₃ , HfSiON) with embedded metallic gate structure (for example from the group TiN, TaN, silicide). The combination of the "high-k" dielectric with the metallic gate improves the electrostatics of the transistor.

8 zeigt die Integration einer Graphenschicht, die nach dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist, in einen Transistor. Auf einer SiO₂-Schicht 102, die auf einem Si-Substrat 101 gebildet wurde, ist eine Graphenschicht 106 gebildet worden. Diese wird zunächst lateral zu einem Graphenstreifen strukturiert (8a). Die SiO₂-Schicht 102 wird bis auf zwei Auflager 102a und 102b, zwischen denen der Graphenstreifen 106 dann freitragend aufliegt, entfernt (8b), beispielsweise durch nasschemisches Ätzen. Anschließend wird, beispielsweise mit Gasphasenepitaxie, ein Halbleiter (etwa Si, SiGe, Ge oder ein III-V-Halbleiter) aus einem Halbleitersubstrat (etwa Si, Ge, GaAs, InP) aufgewachsen, so dass sowohl die Kontakte 102a und 102b als auch der Graphenstreifen 106 vollständig in diesen Halbleiter eingebettet sind (8c). Dabei kann der Halbleiter in-situ während des Wachstums dotiert werden. Der Halbleiter wird bis auf einen Emitterbereich EM oberhalb des Graphenstreifens 106 und einen Kollektorbereich CO unterhalb des Graphenstreifens 106 wieder entfernt (8d). Das Endergebnis ist ein Transistor, dessen Basis BA der Graphenstreifen 106 ist. 8th shows the integration of a graphene layer, which after the in 2 illustrated embodiment of the method according to the invention has been prepared in a transistor. On a SiO ₂ layer 102 on a Si substrate 101 is formed, is a graphene layer 106 been formed. This is first structured laterally to a graphene strip ( 8a ). The SiO ₂ layer 102 will save on two supports 102 and 102b , between which the graphene strip 106 then cantilevered, removed ( 8b ), for example by wet chemical etching. Subsequently, for example, with gas phase epitaxy, a semiconductor (such as Si, SiGe, Ge, or a III-V semiconductor) is grown from a semiconductor substrate (such as Si, Ge, GaAs, InP) such that both the contacts 102 and 102b as well as the graphene strip 106 are completely embedded in this semiconductor ( 8c ). In this case, the semiconductor can be doped in situ during growth. The semiconductor is up to an emitter region EM above the Graphene strip 106 and a collector region CO below the graphene strip 106 removed again ( 8d ). The end result is a transistor whose base BA is the graphene strip 106 is.

Der Vorteil dieses Transistors ist, dass die Basis sehr viel dünner ist als bei bisherigen Transistoren. Die Ladungsträger werden auf dem Weg vom Emitter zum Kollektor deutlich weniger gestreut, so dass deutlich weniger von ihnen verlorengehen. Ein solcher Transistor kann wesentlich schneller schalten und ist daher sehr gut für Hochfrequenzanwendungen geeignet.The advantage of this transistor is that the base is much thinner than previous transistors. The charge carriers are significantly less scattered on the way from the emitter to the collector, so that significantly less of them are lost. Such a transistor can switch much faster and is therefore very well suited for high frequency applications.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• Q. Yu, J. Lian, S. Siriponglert, H. Li, Y. P. Chen, S.-S. Pei, „Graphen segregated an Ni surfaces and transferred to insulators”, Applied Physics Letters 93, 113103 (2008) [0005] Q. Yu, J. Lian, S. Siriponglert, H. Li, YP Chen, S.-S. Pei, "Graphene segregated on Ni-surfaces and transferred to insulators", Applied Physics Letters 93, 113103 (2008) [0005]
• L. Baraton, Z. He, C. S. Lee, J.-L. Maurice, C. S. Cojocaru, A.-F. Gourgues-Lorenzon, Y. H. Lee, D. Pribat, „Synthesis of few-layered graphene by ion implantation of carbon in nickel thin films”, Nanotechnology 22, 085601 (2011) [0005] L. Baraton, Z. He, CS Lee, J.-L. Maurice, CS Cojocaru, A.-F. Gourgues-Lorenzon, YH Lee, D. Pribat, "Synthesis of few-layered graphenes by ion implantation of carbon in nickel thin films", Nanotechnology 22, 085601 (2011) [0005]

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung von Graphen, wobei Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung in ein Trägermaterial eingebracht und das Graphen gebildet wird, indem Kohlenstoff durch Temperaturbehandlung aus dem Trägermaterial segregiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial in Kontakt mit einem Stabilisierungsmaterial gebracht und durch Temperaturbehandlung bei 200°C oder höher, bevorzugt bei 500°C oder höher, ganz oder teilweise in eine chemische Verbindung mit dem Stabilisierungsmaterial überführt wird.A process for producing graphene, wherein carbon or a carbon compound is introduced into a carrier material and the graphene is formed by carbon is segregated by temperature treatment of the carrier material, characterized in that the carrier material brought into contact with a stabilizing material and by heat treatment at 200 ° C. or higher, preferably at 500 ° C or higher, is converted wholly or partially into a chemical compound with the stabilizing material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphenschicht an der Oberfläche oder an einer Grenzfläche des Trägermaterials oder der chemischen Verbindung gebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that the graphene layer is formed on the surface or at an interface of the carrier material or the chemical compound. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial koplanar in Kontakt mit dem Stabilisierungsmaterial gebracht wird.Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the carrier material is coplanar brought into contact with the stabilizing material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphen durch Temperaturbehandlung bei 600°C oder höher, bevorzugt bei 900°C oder höher und ganz besonders bevorzugt bei 1000°C oder höher, segregiert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the graphene is segregated by heat treatment at 600 ° C or higher, preferably at 900 ° C or higher and most preferably at 1000 ° C or higher. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, als Trägermaterial gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a metal, in particular a transition metal, is selected as the carrier material. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall aus der Gruppe Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, W, Er, Ta, Ir, Pt als Trägermaterial gewählt wird.A method according to claim 5, characterized in that a metal from the group Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, W, Er, Ta, Ir, Pt is chosen as the carrier material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein halbleitendes Stabilisierungsmaterial gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a semiconducting stabilizing material is selected. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein halbleitendes Stabilisierungsmaterial, das Silizium, Germanium und/oder Galliumarsenid enthält, gewählt wird.A method according to claim 7, characterized in that a semiconductive stabilizing material containing silicon, germanium and / or gallium arsenide is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Trägermaterial verschiedenes Metall als Stabilisierungsmaterial gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a different material from the carrier metal is chosen as the stabilizing material. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Nickel als Trägermaterial und Titan als Stabilisierungsmaterial gewählt wird.A method according to claim 9, characterized in that nickel is chosen as the support material and titanium as a stabilizing material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff durch Ionenimplantation in das Trägermaterial eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that carbon is introduced by ion implantation in the carrier material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierungsmaterial gewählt wird, das als Schicht auf einem Material vorliegt, welches bei der oder den Temperaturbehandlungen gegenüber dem Trägermaterial inert ist.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that a stabilizing material is selected, which is present as a layer on a material which is inert in the or the temperature treatments relative to the carrier material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägermaterial und dem Stabilisierungsmaterial eine weitere Schicht aus einem Metall oder Metalloxid oder aus der von Trägermaterial und Stabilisierungsmaterial gebildeten chemischen Verbindung eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that between the support material and the stabilizing material, a further layer of a metal or metal oxide or from the formed of support material and stabilizing material chemical compound is introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Substrat zuerst das Trägermaterial einschließlich des Kohlenstoffs und erst dann das Stabilisierungsmaterial aufgebracht werden, so dass das Graphen an der Grenzfläche. des Trägermaterials zum. Substrat segregiert wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that on a substrate first the support material including the carbon and only then the stabilizing material are applied, so that the graphene at the interface. of the carrier material for. Substrate is segregated. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Segregation des Graphens das Stabilisierungsmaterial, das Trägermaterial und die chemische Verbindung entfernt werden, so dass das Graphen auf dem Substrat freiliegt.A method according to claim 14, characterized in that after the segregation of the graphene, the stabilizing material, the carrier material and the chemical compound are removed, so that the graphene is exposed on the substrate. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial und das Stabilisierungsmaterial vor der Temperaturbehandlung, die die chemische Verbindung ausbildet, lateral strukturiert werden.Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the carrier material and the stabilizing material before the temperature treatment, which forms the chemical compound, laterally structured.

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