用于在碳化硅上形成石墨烯层的方法技术

一种用于形成石墨烯的方法，所述方法包括：将至少两种金属沉积在碳化硅(SiC)的表面上，所述至少两种金属包括至少一种第一金属和至少一种第二金属；以及在使所述至少一种第一金属与碳化硅中的硅反应的条件下加热SiC及第一金属和第二金属，以形成碳和至少一种稳定的硅化物，并且碳在至少一种稳定的硅化物中及在至少一种第二金属中的相应溶解度足够低，使得通过硅化物反应产生的碳在SiC上形成石墨烯层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在碳化硅上形成石墨烯层的方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)和硅(Si)二者均是用于制造诸如存储器、发光二极管(LED)、微机电系统(MEMS)和其他类型器件的产品的半导体材料。在主要考虑在极端环境中器件可靠性情况下，晶体SiC是MEMS换能器的所选材料。然而，由于块体SiC晶片的高成本及其昂贵的块体微加工工艺二者，SiC的使用已仅限于少数应用，通常是航空航天工业中见到的那些应用。然而，如在国际专利申请第PCT/AU2010/000153号(公开号为WO2010/091473)、题为“Achemicalvapourdepositionsystemandprocess”中所描述的，近来已开发了一种新型SiC生长反应器，使得能够在直径高达300mm的Si晶片上沉积薄的、高品质的SiC外延层。该突破已开辟了以合理成本制造具有优异性能的SiC基器件的机会。对于MEMS而言，Si上的薄膜外延SiC具有巨大潜力，这是因为其使得能够通过已建立的制造工艺(包括硅微加工)实现得益于低成本Si衬底上SiC的机械性能的先进的微换能器。此外，现在容易获得直径最高达300mm的Si晶片，有助于器件制造成本的整体降低。除了上述内容之外，相对新材料的石墨烯(由二维碳层构成)由于石墨烯的许多令人期望的特性(包括极高的断裂强度及导电性和导热性、润滑特性、光学薄度(使石墨烯适合于电子屏幕)、以及优异的功能性(对>于换能器))是当前极其活跃的研究领域。然而，用于形成石墨烯的现有方法经受许多困难。例如，石墨烯的微机械剥离要求小心使用粘附带来从块体石墨剥离出单个石墨烯片。该方法耗时，仅适合于单个器件，并且被剥离的石墨烯层的厚度分布无法控制。在一个替选方法中，块体晶体SiC中的碳的高温升华产生适合半导体制造方法的高品质的膜，但是块体SiC晶片极昂贵，并且升华方法因所需的高温而不适合Si衬底上的SiC。最后，在金属箔上化学气相沉积(CVD)生长石墨烯产生非常高品质的石墨烯膜，然而，随后需要额外的处理步骤将石墨烯从金属箔转移到期望的衬底上。此外，该方法不符合标准半导体制造方法。期望的是提供一种用于形成石墨烯的方法，所述方法减轻现有技术的一种或更多种困难，或者至少提供一种有用的替选方案。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施方案，提供一种用于形成石墨烯的方法，所述方法包括：将至少两种金属沉积在碳化硅(SiC)的表面上，所述至少两种金属包括至少一种第一金属和至少一种第二金属；以及在使所述至少一种第一金属与所述碳化硅中的硅反应的条件下加热所述SiC及所述第一金属和第二金属，以形成碳和至少一种稳定的硅化物，并且所述碳在所述至少一种稳定的硅化物中和在所述至少一种第二金属中的相应溶解度足够低，使得通过所述硅化物反应生成的碳在SiC上形成石墨烯层。在一些实施方案中，碳在所述至少一种第二金属中的相应溶解度低于碳在所述至少一种稳定的硅化物中的相应溶解度。在一些实施方案中，所述第一至少一种金属是镍，并且所述第二至少一种金属是铜。根据本专利技术的一些实施方案，提供一种用于形成石墨烯层的方法，所述方法包括：将Ni/Cu层沉积在碳化硅的表面上，所述Ni/Cu层基本上由镍和铜构成；加热所得到的结构以使所述镍中的至少一部分与所述碳化硅中的相应部分反应，以形成碳和包括硅化镍和任何剩余的未反应的镍和铜的金属层，其中所述碳为布置在剩余的碳化硅与所述金属层之间的石墨烯层的形式。在一些实施方案中，所述方法包括去除所述金属层以露出下面的石墨烯层。在一些实施方案中，所述碳化硅具有布置在衬底上的薄膜的形式。在一些实施方案中，所述衬底为硅衬底。在一些实施方案中，所述SiC薄膜具有布置在所述硅衬底上的相互隔开的碳化硅的岛的形式。在一些实施方案中，所述方法包括去除所述衬底在所述碳化硅岛下方的至少一部分，以使所述相互隔开的碳化硅的岛的相应部分被分离(free)。在一些实施方案中，所述石墨烯层是MEMS换能器的一部分。在一些实施方案中，所述碳化硅基本上是无定形的。在一些实施方案中，所述加热步骤在惰性气氛中进行。在一些实施方案中，所述加热步骤在真空下进行。所述真空可以具有约10-4毫巴至10-3毫巴的压力。在一些实施方案中，所述加热步骤包括将所述SiC及所述第一金属和第二金属加热至至少800℃的温度。在一些实施方案中，所述加热步骤包括将所述SiC及所述第一金属和第二金属加热至约1000℃的温度。在一些实施方案中，所述加热步骤包括将所述SiC及所述第一金属和第二金属加热至约1050℃的温度。在一些实施方案中，所述加热步骤是快速热处理(RTP)加热步骤。本文中还描述了一种用于形成石墨烯的方法，所述方法包括：将至少两种金属沉积在碳化硅的表面上，所述至少两种金属包括至少一种第一金属和至少一种第二金属；以及在使所述至少一种第一金属与所述碳化硅中的硅反应的条件下加热所述SiC及所述第一金属和第二金属，以形成至少一种稳定的硅化物，并且碳在所述至少一种稳定的硅化物中及在所述至少一种第二金属中的相应溶解度足够低，使得通过所述硅化物反应生成的碳在所述SiC上形成石墨烯层。碳在所述至少一种第二金属中的相应溶解度可以低于碳在所述至少一种稳定的硅化物中的相应溶解度。所述第一至少一种金属可以是镍，并且所述第二至少一种金属可以是铜。本文中还描述了一种用于形成石墨烯层的方法，所述方法包括：将Ni/Cu层沉积在碳化硅的表面上，所述Ni/Cu层基本上由镍和铜构成；加热所得到的结构以使所述镍的至少一部分与所述碳化硅中的相应部分反应，以形成碳和包括硅化镍和任何剩余的未反应的镍和铜的金属层，其中所述碳为布置在所述剩余的碳化硅与所述金属层之间的石墨烯层的形式。所述方法可以包括去除所述金属层以露出下面的石墨烯层。在一些实施方案中，所述碳化硅为布置在衬底上的SiC薄膜。在一些实施方案中，所述衬底为硅衬底。在一些实施方案中，所述SiC薄膜具有布置在所述硅衬底上的相互隔开的碳化硅的岛的形式。在一些实施方案中，所述方法包括去除所述衬底在所述碳化硅岛下面的至少一部分，以使所述相互隔开的碳化硅的岛的相应部分被分离。在一些实施方案中，所述石墨烯层是MEMS换能器的一部分。根据本专利技术的一些实施方案，提供一种包括通过上述方法中的任何一个方法形成的一个或更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成石墨烯的方法，包括：将至少两种金属沉积在碳化硅(SiC)的表面上，所述至少两种金属包括至少一种第一金属和至少一种第二金属；以及在使所述至少一种第一金属与所述碳化硅中的硅反应的条件下加热所述SiC及所述第一金属和第二金属，以形成碳和至少一种稳定的硅化物，并且所述碳在所述至少一种稳定的硅化物中以及在所述至少一种第二金属中的相应溶解度足够低，使得通过所述硅化物反应生成的所述碳在所述SiC上形成石墨烯层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.16 AU 2013903547;2014.07.18 AU 20149027921.一种用于形成石墨烯的方法，包括：
将至少两种金属沉积在碳化硅(SiC)的表面上，所述至少两种金属
包括至少一种第一金属和至少一种第二金属；以及
在使所述至少一种第一金属与所述碳化硅中的硅反应的条件下加热
所述SiC及所述第一金属和第二金属，以形成碳和至少一种稳定的硅化
物，并且所述碳在所述至少一种稳定的硅化物中以及在所述至少一种第二
金属中的相应溶解度足够低，使得通过所述硅化物反应生成的所述碳在所
述SiC上形成石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中碳在所述至少一种第二金属中
的相应溶解度低于碳在所述至少一种稳定的硅化物中的相应溶解度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一至少一种金属为镍，
所述第二至少一种金属为铜。
4.一种用于形成石墨烯层的方法，包括：
将Ni/Cu层沉积在碳化硅的表面上，所述Ni/Cu层基本上由镍和铜构
成；
加热所得到的结构以使所述镍中的至少一部分与所述碳化硅中的相
应部分反应，以形成碳和包括硅化镍和任何剩余的未反应的镍和铜的金属
层，其中所述碳具有布置在剩余的碳化硅与所述金属层之间的石墨烯层的
形式。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括去除所述金属层
以露出下面的石墨烯层。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述碳化硅具有
布置在衬底上的薄膜的形式。
7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰切斯卡·亚科皮，穆赫辛·艾哈迈德，本杰明·沃恩·坎宁，
申请(专利权)人：格里菲斯大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU