工业领域的各项应用要求石墨烯有基底作为支承。在此，我们将讨论碳化硅作为石墨烯基底的使用、碳化硅是如何与石墨烯层进行相互作用的，以及碳化硅在交界面对石墨烯原子和电子结构的影响。

物如其名，碳化硅（SiC）n即硅碳化合物，两种物质的比例相同。从图7.9可以看出，每个硅原子连接着四个碳原子，每个碳原子也会连接四个硅原子。

在范德瓦耳斯力作用下，碳化硅上生长的外延石墨烯层与基底的耦合较弱。范德华力能在不影响每个石墨烯层的电子特性下凝聚多层石墨烯。因此，多层外延石墨烯的电子特性与单层石墨烯相似。

图7.9 碳化硅分子结构

正如海姆（Geim）在给美国物理协会的一封信中指出（2010）的，J.范博梅尔等（J.Van Bommel et al.）在1974年首次提出了石墨烯外延生长这一概念。他们指出，在对碳化硅（SiC）（0001）晶面进行热处理时，硅蒸发形成一层石墨烯，因此形成的石墨层与碳化硅晶体之间的结晶关系显著。这一特性研究显示，在硅面上多为单晶体，在碳面上多为多晶体。2004年，来自佐治亚理工学院的沃特德希尔（Walt de Heer）开创了使用碳化硅作为石墨薄层生长基底的先河并发表了研究成果，这成为后来制造集成电路的参考材料。

与石墨一样，碳化硅作为稀有矿种（碳硅石，又称穆桑石）存在于自然界中，但现在，鉴于碳化硅多应用于高能电子设备中，大部分碳化硅都是化学合成的。碳化硅晶片可在高温条件下通过石墨化制造外延石墨烯。在高温和超高真空[林等（Lin et al.），2010；蔡兰科等（Tzalenchuk et al.），2010；蔡等（Cai et al.），2010]或大气压力[哈克里等（Hackley et al.），2009]下，硅原子升华，剩余的碳在碳化硅晶片上的碳晶面或硅晶片上就会形成石墨层。科学家们研发出了许多方法来控制石墨烯层数的生长[奥塔等（Ohta et al.），2006]。(www.daowen.com)

使用碳化硅晶片之前先用氢气进行刻蚀，从而使其表面达到原子级光滑，然后用低压（约10^-6Torr）和高温（1100℃）对其进行石墨化处理。这一过程会生成薄层外延石墨烯（EG）。此方法同化学气相沉积一样，也能制造出无缺陷优质石墨烯片。外延石墨烯的维度取决于晶片的尺寸。此外，用于制造石墨烯的碳化硅晶面，无论是硅端还是碳端，都会影响石墨烯的厚度、迁移率和载流子密度[玛高迪等（Magaud et al.），2009]。

在硅面上，碳层会参与石墨烯在碳化硅上的外延生长。基底表面会被第一层碳——缓冲层钝化，然后界面扩展到两层碳。在碳面上，天然重构（2×2）让DB态饱和，从而使得首层碳能呈现石墨烯的特性。这一相互作用意味着石墨烯层的长程方向不受基底的影响。在可受基底影响的石墨烯层的长程有序（强相互作用——硅面）和石墨烯电子结构（弱相互作用——碳面）的保持之间应达到平衡。石墨烯生长后从基底上对石墨烯层进行解耦，显示出有趣的一面。

科学家们通过微电子法将碳化硅上的外延石墨烯进行了图形化，并通过激光辐射创造和调整出理想的带隙。

图7.10 碳化硅（SiC）基底在高温下煅烧，硅原子有选择地从表面解吸，剩余的碳原子自然形成薄层石墨烯（FLG）

通过碳化硅法制造外延石墨烯所面临的挑战：外延生长只能够产生非常少量的石墨烯片，且所获得的石墨烯片的表面不可改变，因此适用领域受限，如不能用于制造聚合物纳米聚合材料。此外，该方法需要排除某些阶地或步骤，即阶地边缘第二层和第三层石墨烯的生长（造成载流子散射的主要原因），晶粒的增大以及对基底和缓冲层无意掺杂的控制。