Near-field scanning microwave microscopy (SMM) is used for non-destructive nanoscale characterization of Al2O3 and HfO2 films grown on epitaxial graphene on SiC by atomic layer deposition using a self-assembled perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride seeding layer. SMM allows imaging of buried inhomogeneities in the dielectric layer with a spatial resolution close to 100 nm. The results indicate that, while topographic features on the substrate surface cannot be eliminated as possible sites of defect nucleation, the use of a vertically heterogeneous Al2O3/HfO2 stack suppresses formation of large outgrowth defects in the oxide film, ultimately improving lateral uniformity of the dielectric film.

1.
D.
Jariwala
,
V. K.
Sangwan
,
L. J.
Lauhon
,
T. J.
Marks
, and
M. C.
Hersam
,
Chem. Soc. Rev.
42
,
2824
(
2013
).
3.
Y.-M.
Lin
,
C.
Dimitrakopoulos
,
K. A.
Jenkins
,
D. B.
Farmer
,
H.-Y.
Chiu
,
A.
Grill
, and
P.
Avouris
,
Science
327
,
662
(
2010
).
4.
J. M. P.
Alaboson
,
Q. H.
Wang
,
J. D.
Emery
,
A. L.
Lipson
,
M. J.
Bedzyk
,
J. W.
Elam
,
M. J.
Pellin
, and
M. C.
Hersam
,
ACS Nano
5
,
5223
(
2011
).
5.
F.
Schwierz
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
487
(
2010
).
6.
S.
Bae
,
H.
Kim
,
Y.
Lee
,
X.
Xu
,
J.-S.
Park
,
Y.
Zheng
,
J.
Balakrishnan
,
T.
Lei
,
H.
Ri Kim
,
Y. I.
Song
,
Y.-J.
Kim
,
K. S.
Kim
,
B.
Ozyilmaz
,
J.-H.
Ahn
,
B. H.
Hong
, and
S.
Iijima
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
574
(
2010
).
7.
K. S.
Novoselov
,
V. I.
Falko
,
L.
Colombo
,
P. R.
Gellert
,
M. G.
Schwab
, and
K.
Kim
,
Nature
490
,
192
(
2012
).
8.
S. M.
George
,
Chem. Rev.
110
,
111
(
2010
).
9.
P.
Ye
,
A. T.
Neal
,
T.
Shen
,
J. J.
Gu
,
M. L.
Bolen
, and
M. A.
Capano
,
ECS Trans.
33
,
459
(
2010
).
10.
J. A.
Robinson
,
M.
LaBella
,
K. A.
Trumbull
,
X.
Weng
,
R.
Cavelero
,
T.
Daniels
,
Z.
Hughes
,
M.
Hollander
,
M.
Fanton
, and
D.
Snyder
,
ACS Nano
4
,
2667
(
2010
).
11.
D. B.
Farmer
,
H.-Y.
Chiu
,
Y.-M.
Lin
,
K. A.
Jenkins
,
F.
Xia
, and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
9
,
4474
(
2009
).
12.
B.
Lee
,
G.
Mordi
,
M.
Kim
,
Y.
Chabal
,
E.
Vogel
,
R.
Wallace
,
K.
Cho
,
L.
Colombo
, and
J.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
043107
(
2010
).
13.
B.
Lee
,
S.-Y.
Park
,
H.-C.
Kim
,
K.
Cho
,
E. M.
Vogel
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
, and
J.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
203102
(
2008
).
14.
S.
Jandhyala
,
G.
Mordi
,
B.
Lee
,
G.
Lee
,
C.
Floresca
,
P.-R.
Cha
,
J.
Ahn
,
R. M.
Wallace
,
Y. J.
Chabal
, and
M. J.
Kim
,
ACS Nano
6
,
2722
(
2012
).
15.
J. R.
Williams
,
L.
DiCarlo
, and
C. M.
Marcus
,
Science
317
,
638
(
2007
).
16.
Y.-M.
Lin
,
K. A.
Jenkins
,
A.
Valdes-Garcia
,
J. P.
Small
,
D. B.
Farmer
, and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
9
,
422
(
2009
).
17.
V. K.
Sangwan
,
D.
Jariwala
,
S. A.
Filippone
,
H. J.
Karmel
,
J. E.
Johns
,
J. M. P.
Alaboson
,
T. J.
Marks
,
L. J.
Lauhon
, and
M. C.
Hersam
,
Nano Lett.
13
,
1162
(
2013
).
18.
X.
Wang
,
S. M.
Tabakman
, and
H.
Dai
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
8152
(
2008
).
19.
Q. H.
Wang
and
M. C.
Hersam
,
Nat. Chem.
1
,
206
(
2009
).
20.
A.
Tselev
,
N. V.
Lavrik
,
I.
Vlassiouk
,
D. P.
Briggs
,
M.
Rutgers
,
R.
Proksch
, and
S. V.
Kalinin
,
Nanotechnology
23
,
385706
(
2012
).
21.
D. E.
Steinhauer
,
C. P.
Vlahacos
,
S. K.
Dutta
,
F. C.
Wellstood
, and
S. M.
Anlage
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
1736
(
1997
).
22.
S. M.
Anlage
,
V. V.
Talanov
, and
A. R.
Schwartz
, in
Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale
, edited by
S.
Kalinin
and
A.
Gruverman
(
Springer Scientific
,
New York
,
2007
), p.
215
.
23.
H. P.
Huber
,
M.
Moertelmaier
,
T. M.
Wallis
,
C. J.
Chiang
,
M.
Hochleitner
,
A.
Imtiaz
,
Y. J.
Oh
,
K.
Schilcher
,
M.
Dieudonne
,
J.
Smoliner
,
P.
Hinterdorfer
,
S. J.
Rosner
,
H.
Tanbakuchi
,
P.
Kabos
, and
F.
Kienberger
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
113701
(
2010
).
24.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4847675 for additional AFM and SMM images.
25.
V.
Miikkulainen
,
M.
Leskela
,
M.
Ritala
, and
R. L.
Puurunen
,
J. Appl. Phys.
113
,
021301
(
2013
).
26.
M. Y.
Ho
,
H.
Gong
,
G. D.
Wilk
,
B. W.
Busch
,
M. L.
Green
,
P. M.
Voyles
,
D. A.
Muller
,
M.
Bude
,
W. H.
Lin
,
A.
See
,
M. E.
Loomans
,
S. K.
Lahiri
, and
P. I.
Raisanen
,
J. Appl. Phys.
93
,
1477
(
2003
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.