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.
REFERENCES
1.
D.
Jariwala
, V. K.
Sangwan
, L. J.
Lauhon
, T. J.
Marks
, and M. C.
Hersam
, Chem. Soc. Rev.
42
, 2824
(2013
).2.
A. K.
Geim
, Science
324
, 1530
(2009
).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
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.