The atomic and electronic structures of F intercalated epitaxial graphene on a SiC(0001) substrate are studied by first-principles calculations. A three-step fluorination process is proposed. First, F atoms are intercalated between the graphene and the SiC, which restores the Dirac point in the band structure. Second, saturation of the topmost Si dangling bonds introduces p-doping up to 0.37 eV. Third, F atoms bond covalently to the graphene to enhance the p-doping. Our model explains the highly p-doped state of graphene on SiC after fluorination [A. L. Walter et al., Appl. Phys. Lett. 98, 184102 (2011)].
REFERENCES
1.
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
). 2.
P.
Sutter
, Nat. Mater.
8
, 171
(2009
). 3.
A.
Ouerghi
, R.
Belkhou
, M.
Marangolo
, M. G.
Silly
, S. E.
Moussaoui
, M.
Eddrief
, L.
Largeau
, M.
Portail
, and F.
Sirotti
, Appl. Phys. Lett.
97
, 161905
(2010
). 4.
C.
Riedl
, C.
Coletti
, T.
Iwasaki
, A. A.
Zakharov
, and U.
Starke
, Phys. Rev. Lett.
103
, 246804
(2009
). 5.
I.
Gierz
, T.
Suzuki
, R. T.
Weitz
, D. S.
Lee
, B.
Krauss
, C.
Riedl
, U.
Starke
, H.
Höchst
, J. H.
Smet
, C. R.
Ast
, and K.
Kern
, Phys. Rev. B
81
, 235408
(2010
). 6.
A. L.
Walter
, K.-J.
Jeon
, A.
Bostwick
, F.
Speck
, M.
Ostler
, T.
Seyller
, L.
Moreschini
, Y. S.
Kim
, Y. J.
Chang
, K.
Horn
, and E.
Rotenberg
, Appl. Phys. Lett.
98
, 184102
(2011
). 7.
D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
41
, 7892
(1990
). 8.
P.
Giannozzi
, S.
Baroni
, N.
Bonini
, M.
Calandra
, R.
Car
, C.
Cavazzoni
, D.
Ceresoli
, G. L.
Chiarotti
, M.
Cococcioni
, I.
Dabo
, A.
Dal Corso
, S.
de Gironcoli
, S.
Fabris
, G.
Fratesi
, R.
Gebauer
, U.
Gerstmann
, C.
Gougoussis
, A.
Kokalj
, M.
Lazzeri
, L.
Martin-Samos
, N.
Marzari
, F.
Mauri
, R.
Mazzarello
, S.
Paolini
, A.
Pasquarello
, L.
Paulatto
, C.
Sbraccia
, S.
Scandolo
, G.
Sclauzero
, A. P.
Seitsonen
, A.
Smogunov
, P.
Umari
, and R. M.
Wentzcovitch
, J. Phys.: Condens. Matter
21
, 395502
(2009
). 9.
Y. C.
Cheng
, Z. Y.
Zhu
, G. S.
Huang
, and U.
Schwingenschlögl
, Phys. Rev. B
83
, 115449
(2011
). 10.
Y. C.
Cheng
, Z. Y.
Zhu
, and U.
Schwingenschlögl
, EPL
95
, 17005
(2011
). 11.
Y. C.
Cheng
and U.
Schwingenschlögl
, Appl. Phys. Lett.
97
, 193304
(2010
). 12.
F.-C.
Chuang
, W.-H.
Lin
, Z.-Q.
Huang
, C.-H.
Hsu
, C.-C.
Kuo
, V.
Ozolins
, and V.
Yeh
, Nanotechnology
22
, 275704
(2011
). 13.
B.
Huang
, H. J.
Xiang
, and S.-H.
Wei
, Phys. Rev. B
83
, 161405
(2011
). 14.
G. M.
Rutter
, J. N.
Crain
, N. P.
Guisinger
, T.
Li
, P. N.
First
, and J. A.
Stroscio
, Science
317
, 219
(2007
). 15.
B.
Premlal
, M.
Cranney
, F.
Vonau
, D.
Aubel
, D.
Casterman
, M. M. D.
Souza
, and L.
Simon
, Appl. Phys. Lett.
94
, 263115
(2009
). 16.
F.
Varchon
, R.
Feng
, J.
Hass
, X.
Li
, B. N.
Nguyen
, C.
Naud
, P.
Mallet
, J.-Y.
Veuillen
, C.
Berger
, E. H.
Conrad
, and L.
Magaud
, Phys. Rev. Lett.
99
, 126805
(2007
). 17.
F.
Withers
, M.
Dubois
, and A. K.
Savchenko
, Phys. Rev. B
82
, 073403
(2010
). 18.
J. T.
Robinson
, J. S.
Burgess
, C. E.
Junkermeier
, S. C.
Badescu
, T. L.
Reinecke
, F. K.
Perkins
, M. K.
Zalalutdniov
, J. W.
Baldwin
, J. C.
Culbertson
, P. E.
Sheehan
, and E. S.
Snow
, Nano Lett.
10
, 3001
(2010
). 19.
K.-J.
Jeon
, Z.
Lee
, E.
Pollak
, L.
Moreschini
, A.
Bostwick
, C.-M.
Park
, R.
Mendelsberg
, V.
Radmilovic
, R.
Kostecki
, T. J.
Richardson
, and E.
Rotenberg
, ACS Nano
5
, 1042
(2011
). 20.
R. R.
Nair
, W.
Ren
, R.
Jalil
, I.
Riaz
, V. G.
Kravets
, L.
Britnell
, P.
Blake
, F.
Schedin
, A. S.
Mayorov
, S.
Yuan
, M. I.
Katsnelson
, H.-M.
Cheng
, W.
Strupinski
, L. G.
Bulusheva
, A. V.
Okotrub
, I. V.
Grigorieva
, A. N.
Grigorenko
, K. S.
Novoselov
, and A. K.
Geim
, Small
6
, 2877
(2010
). © 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
