一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法技术

本发明专利技术提供一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，包括如下步骤：S1：提供一Ge衬底，对所述Ge衬底进行离子注入；S2：进行退火，使所述Ge衬底中的注入离子至少有一部分析出到所述Ge衬底表面，以增加所述Ge衬底表面的石墨烯成核点；S3：提供碳源，在所述Ge衬底表面生长得到石墨烯。本发明专利技术为石墨烯在Ge表面的生长提供了更多的成核点，从而提高石墨烯的成核密度，大大的增加了石墨烯的生长速度，有利于减少石墨烯的生产成本，并可以通过调节离子的注入剂量与注入能量来调制石墨烯的成核密度。

A method for the growth of graphene by increasing the nucleation density of graphene

The invention provides an improved graphene graphene into a kernel density growth method, which comprises the following steps: providing a S1 Ge substrate, ion implantation is performed on the Ge substrate; S2: annealing, the Ge substrate ion implantation at least one of the Ge to the surface of the substrate. In order to increase the graphene Ge substrate surface nucleation sites; S3: providing carbon source on the surface of Ge substrate grown graphene. The present invention is on the surface of Ge graphene growth provides more nucleation points, so as to improve the nucleation density of graphene, greatly increased the growth rate of graphene, graphene is beneficial to reduce the production cost, and can be adjusted by the ion implantation dose and energy nucleation density modulated graphene the.

【技术实现步骤摘要】
一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法
本专利技术属于半导体及碳材料制备领域，涉及一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法。
技术介绍
自2004年英国曼彻斯特大学的两位科学家成功地利用机械剥离法首次获得石墨烯，并以此获得了2010年诺贝尔物理学奖之后，石墨烯这一特殊的六角晶格二维材料便成为了世界科研界的热点。石墨烯是一种由单层碳原子按照蜂窝状排列而形成的二维材料，由于它的特殊构造，石墨烯在力学、热学以及电学等领域表现出优异的性质，尤其在电学方面的表现最为突出，其超高的电导率以及超低的电阻率等特点使得石墨烯呈现出将替代硅作为主要电子材料的趋势。目前制备石墨烯的方法主要有微机械剥离、SiC升华法、化学气相淀积和氧化石墨还原法。微机械剥离法可以制备高质量的石墨烯，但是目前此方法制备的石墨烯面积小于1mm×1mm，只能用于基础实验研究；SiC升华法制备的石墨烯受衬底的影响很大，层数不均一，无法进行衬底转移。化学气相淀积法虽然可以制备大面积的石墨烯薄膜，并且易于衬底转移，但是此方法获得的石墨烯生长速度十分缓慢，这意味着工业生产大面积高质量石墨烯的成本将大大增加，因而提高石墨烯生长速度以降低石墨烯生产成本是石墨烯产业化道路的关键。因此，如何提供一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，以增加石墨烯的生长速度，减少石墨烯的生产成本，以更快地推动石墨烯在半导体工业界的广泛应用，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，用于解决现有技术中石墨烯生长速度十分缓慢，导致工业生产大面积高质量石墨烯的成本大大增加的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，包括如下步骤：S1：提供一Ge衬底，对所述Ge衬底进行离子注入；S2：进行退火，使所述Ge衬底中的注入离子至少有一部分析出到所述Ge衬底表面，以增加所述Ge衬底表面的石墨烯成核点；S3：提供碳源，在所述Ge衬底表面生长得到石墨烯。可选地，于所述步骤S1中，采用Si、Ge、C、H中的一种或多种对所述Ge衬底进行离子注入。可选地，于所述步骤S1中，离子注入深度为100-200nm。可选地，于所述步骤S1中，离子注入能量范围是10-20KeV，离子注入剂量范围是1E14-5E15atom/cm2。可选地，于所述步骤S2中，退火温度范围是600-1200℃，退火气氛包括氢气及惰性气体，退火时间为5-150min。可选地，于所述步骤S3中，采用化学气相沉积法生长石墨烯。可选地，于所述步骤S3中，所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯、PMMA及石墨中的一种或多种。可选地，于所述步骤S3中，石墨烯生长温度范围是900-940℃，生长气氛包括氢气及惰性气体。可选地，于所述步骤S3中，当生长面积为1cm2的石墨烯时，生长时间为80-180min。可选地，所述石墨烯为单层石墨烯。如上所述，本专利技术的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，具有以下有益效果：本专利技术利用离子注入向Ge衬底浅层注入少量的Si(或者Ge，C，H)，经过退火之后浅层注入的Si析出到表面。之后通入碳源进行石墨烯生长，其中，析出到表面的Si(或者Ge，C，H)为石墨烯在Ge表面的生长提供了更多的成核点，从而提高石墨烯的成核密度，大大的增加了石墨烯的生长速度，减少了石墨烯的生产成本。本专利技术可以通过调节离子的注入剂量与注入能量来调制石墨烯的成核密度。附图说明图1显示为本专利技术的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法的工艺流程图。图2显示为本专利技术的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法提供的锗衬底的示意图。图3显示为本专利技术的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法对Ge衬底进行离子注入的示意图。图4显示为本专利技术的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法进行退火，使所述Ge衬底中的注入离子至少有一部分析出到所述Ge衬底表面的示意图。图5显示为本专利技术的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法提供碳源，在所述Ge衬底表面生长得到石墨烯的示意图。图6显示为在不同生长时间、不同注入剂量下Ge衬底表面生长石墨烯的原子力显微镜表征结果对比图。图7显示为在不同注入剂量下Ge衬底表面生长石墨烯的拉曼表征结果对比图。元件标号说明S1～S3步骤1Ge衬底2注入离子3石墨烯具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术提供一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，包括如下步骤：S1：提供一Ge衬底，对所述Ge衬底进行离子注入；S2：进行退火，使所述Ge衬底中的注入离子至少有一部分析出到所述Ge衬底表面，以增加所述Ge衬底表面的石墨烯成核点；S3：提供碳源，在所述Ge衬底表面生长得到石墨烯。首先请参阅图2及图3，执行步骤S1：提供一Ge衬底1，对所述Ge衬底1进行离子注入。如图2所示，显示为所述Ge衬底1的示意图，其中每一个白色圆球代表一个Ge原子。如图3所示，显示为对Ge衬底进行离子注入的示意图，其中每一个黑色圆球代表一个注入离子2。具体的，采用Si、Ge、C、H中的一种或多种从所述Ge衬底1表面垂直或倾斜进行离子注入。本实施例中，优选采用Si作为注入离子。具体的，离子注入的注入深度要控制在尽量接近表面的浅层Ge，一方面有利于后续退火过程中注入离子的析出，另一方面可以减少对Ge衬底1的破坏。因为注入深度越深，相应的注入能量越大，对Ge衬底的损伤也越大，会影响基于Ge衬底的半导体器件的性能。作为示例，离子注入深度控制在100-200nm，优选为100-120nm；离子注入能量范围控制在10-20KeV。此处，离子注入深度是指离子注入后，离子分布峰值层与所述Ge衬底表面之间的距离。此外，在剂量选择方面，不能注入过多的离子，以免对Ge衬底表面形貌造成太大破坏。作为示例，离子注入剂量控制在1E14-5E15atom/cm2。接着请参阅图4，执行步骤S2：进行退火，使所述Ge衬底1中的注入离子2至少有一部分析出到所述Ge衬底1表面，以增加所述Ge衬底1表面的石墨烯成核点。本专利技术增加石墨烯成核点的原理如下：于所述步骤S1中，注入少量的Si等离子可以增加Ge衬底表面的缺陷密度，于所述步骤S2的退火过程中析出至Ge衬底表面的注入离子会进一步增加Ge衬底表面的缺陷密度。而石墨烯在Ge衬底表面生长时会优先在缺陷处成核，因离子注入和注入离子析出造成的Ge衬底表面缺陷，即构成石墨烯成核点。本步骤的退火还可以进一步修复步骤S1中的离子注入造成的Ge衬底内部损伤。即本专利技术在增加Ge衬底表面缺陷密度的同时，不会破坏Ge衬底内部晶格。作为示例，本步骤中退火温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：提供一Ge衬底，对所述Ge衬底进行离子注入；S2：进行退火，使所述Ge衬底中的注入离子至少有一部分析出到所述Ge衬底表面，以增加所述Ge衬底表面的石墨烯成核点；S3：提供碳源，在所述Ge衬底表面生长得到石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：提供一Ge衬底，对所述Ge衬底进行离子注入；S2：进行退火，使所述Ge衬底中的注入离子至少有一部分析出到所述Ge衬底表面，以增加所述Ge衬底表面的石墨烯成核点；S3：提供碳源，在所述Ge衬底表面生长得到石墨烯。2.根据权利要求1所述的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，其特征在于：于所述步骤S1中，采用Si、Ge、C、H中的一种或多种对所述Ge衬底进行离子注入。3.根据权利要求1所述的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，其特征在于：于所述步骤S1中，离子注入深度为100-200nm。4.根据权利要求1所述的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法，其特征在于：于所述步骤S1中，离子注入能量范围是10-20KeV，离子注入剂量范围是1E14-5E15atom/cm2。5.根据权利要求1所述的提高石墨烯成核密度的石墨烯生长方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄增峰，马骏，张苗，王刚，贾鹏飞，汪子文，王曦，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31