We report selective area growth of large area homogeneous Bernal stacked bilayer epitaxial graphene (BLEG) on 4H-SiC (0001) substrate by electron-beam irradiation. Sublimation of Si occurs by energetic electron irradiations on SiC surface via breaking of Si–C bonds in the localized region, which allows the selective growth of graphene. Raman measurements ensure the formation of homogeneous BLEG with weak compressive strain of −0.08%. The carrier mobility of large area BLEG is ∼5100 cm2 V−1 s−1 with a sheet carrier density of 2.2 × 1013 cm−2. Current-voltage measurements reveal that BLEG on 4H-SiC forms a Schottky junction with an operation at mA level. Our study reveals that the barrier height at the Schottky junction is low (∼0.58 eV) due to the Fermi-level pinning above the Dirac point.

1.
F.
Krach
,
S.
Hertel
,
D.
Waldmann
,
J.
Jobst
,
M.
Krieger
,
S.
Reshanov
,
A.
Schoner
, and
H. B.
Weber
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
122102
(
2012
).
2.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
3.
X.
Li
,
W.
Cai
,
J.
An
,
S.
Kim
,
J.
Nah
,
D.
Yang
,
R.
Piner
,
A.
Velamkanni
,
I.
Jung
,
E.
Tutuc
 et al,
Science
324
,
1312
(
2009
).
4.
K. V.
Emtsev
,
A.
Bostwick
,
K.
Horn
,
J.
Jobst
,
G. L.
Kellogg
,
L.
Ley
,
J. L.
McChesney
,
T.
Ohta
,
S. A.
Reshanov
,
J.
Röhrl
 et al,
Nat. Mater.
8
,
203
(
2009
).
5.
S.
Park
and
R. S.
Ruoff
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
217
(
2009
).
6.
Y.
Wu
,
K. A.
Jenkins
,
A.
Valdes-Garcia
,
D. B.
Farmer
,
Y.
Zhu
,
A. A.
Bol
,
C.
Dimitrakopoulos
,
W.
Zhu
,
F.
Xia
,
P.
Avouris
 et al,
Nano Lett.
12
,
3062
(
2012
).
7.
P.
Dharmaraj
,
K.
Jeganathan
,
V.
Gokulakrishnan
,
P. S.
Venkatesh
,
R.
Parameshwari
,
V.
Ramakrishnan
,
S.
Balakumar
,
K.
Asokan
, and
K.
Ramamurthi
,
J. Phys. Chem. C
117
,
19195
(
2013
).
8.
H.
Hibino
,
S.
Tanabe
,
S.
Mizuno
, and
H.
Kageshima
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
,
154008
(
2012
).
9.
A. C.
Ferrari
and
D. M.
Basko
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
235
(
2013
).
10.
S. N.
Yannopoulos
,
A.
Siokou
,
N. K.
Nasikas
,
V.
Dracopoulos
,
F.
Ravani
, and
G. N.
Papatheodorou
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
113
(
2012
).
11.
L. O.
Nyakiti
,
R. L.
Myers-Ward
,
V. D.
Wheeler
,
E. A.
Imhoff
,
F. J.
Bezares
,
H.
Chun
,
J. D.
Caldwell
,
A. L.
Friedman
,
B. R.
Matis
,
J. W.
Baldwin
 et al,
Nano Lett.
12
,
1749
(
2012
).
12.
C.
Riedl
,
C.
Coletti
, and
U.
Starke
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
374009
(
2010
).
13.
Z. H.
Ni
,
W.
Chen
,
X. F.
Fan
,
J. L.
Kuo
,
T.
Yu
,
A. T. S.
Wee
, and
Z. X.
Shen
,
Phys. Rev. B
77
,
115416
(
2008
).
14.
J.
Stohr
,
NEXAFS Spectroscopy
(
Springer
,
Berlin
,
1992
).
15.
D.
Pacile
,
M.
Papagno
,
A. F.
Rodriguez
,
M.
Grioni
,
L.
Papagno
,
C. O.
Girit
,
J. C.
Meyer
,
G. E.
Begtrup
, and
A.
Zettl
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
066806
(
2008
).
16.
M. T.
Chowdhury
,
R.
Saito
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
85
,
115410
(
2012
).
17.
A.
Ouerghi
,
M. G.
Silly
,
M.
Marangolo
,
C.
Mathieu
,
M.
Eddrief
,
M.
Picher
,
F.
Sirotti
,
S. E.
Moussaoui
, and
R.
Belkhou
,
ACS Nano
6
,
6075
(
2012
).
18.
B. J.
Park
,
W. C.
Mitchel
,
L.
Grazulis
,
H. E.
Smith
,
K. G.
Eyink
,
J. J.
Boeckl
,
D. H.
Tomich
,
S. D.
Pacley
, and
J. E.
Hoelscher
,
Adv. Mater.
22
,
4140
(
2010
).
19.
S.
Shivaraman
,
L. H.
Herman
,
F.
Rana
,
J.
Park
, and
M. G.
Spencer
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
183112
(
2012
).
20.
S.
Tongay
,
M.
Lemaitre
,
X.
Miao
,
B.
Gila
,
B. R.
Appleton
, and
A. F.
Hebard
,
Phys. Rev. X
2
,
011002
(
2012
).
21.
D.
Tomer
,
S.
Rajput
,
L. J.
Hudy
,
C. H.
Li
, and
L.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
021607
(
2014
).
22.
S.
Tongay
,
T.
Schumann
, and
A. F.
Hebard
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
222103
(
2009
).
23.
S.
Sonde
,
F.
Giannazzo
,
V.
Raineri
,
R.
Yakimova
,
J.-R.
Huntzinger
,
A.
Tiberj
, and
J.
Camassel
,
Phys. Rev. B
80
,
241406
(
2009
).
24.
S. A.
Reshanov
,
K. V.
Emtsev
,
E.
Speck
,
K.-Y.
Gao
,
Th. K.
Seyller
,
G.
Pensl
, and
L.
Ley
,
Phys. Status Solidi B
245
,
1369
(
2008
).
25.
F.
Varchon
,
R.
Feng
,
J.
Hass
,
X.
Li
,
B. N.
Nguyen
,
C.
Naud
,
P.
Mallet
,
J.-Y.
Veuillen
,
C.
Berger
,
E. H.
Conrad
 et al,
Phys. Rev. Lett.
99
,
126805
(
2007
).
26.
T.
Ohta
,
A.
Bostwick
,
T.
Seyller
,
K.
Horn
, and
E.
Rotenberg
,
Science
313
,
951
(
2006
).
27.
C.
Riedl
,
C.
Coletti
,
T.
Iwasaki
,
A. A.
Zakharov
, and
U.
Starke
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
246804
(
2009
).
28.
S.-H.
Ji
,
J. B.
Hannon
,
R. M.
Tromp
,
V.
Perebeions
,
J.
Tersoff
, and
F. M.
Ross
,
Nat. Mater.
11
,
114
(
2012
).
29.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4901074 for the selective area growth of Bernal bilayer epitaxial graphene on SiC by e-beam irradiation.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.