纳米晶体石墨烯、形成纳米晶体石墨烯的方法、和设备技术

提供纳米晶体石墨烯、形成纳米晶体石墨烯的方法、和设备。所述纳米晶体石墨烯可具有在约50％至99％的范围内的具有sp

Nanocrystalline graphene, methods and equipment for forming nanocrystalline graphene

Provides nanocrystalline graphene, methods and equipment for forming nanocrystalline graphene. The nanocrystalline graphene may have sp in a range of about 50% to 99%.

【技术实现步骤摘要】
纳米晶体石墨烯、形成纳米晶体石墨烯的方法、和设备相关申请的交叉引用本申请要求分别于2017年11月29日和2018年8月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0161833和10-2018-0094620的权益，将其内容通过引用全部引入本文中。
本公开内容涉及纳米晶体(纳米结晶)石墨烯和形成纳米晶体石墨烯的方法，更具体地，涉及纳米晶体石墨烯和通过不使用催化剂的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法直接在衬底(基板)上生长纳米晶体石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是具有由二维连接的碳原子形成的六边形蜂窝状结构的晶体材料，并且石墨烯的厚度非常小，也就是说，石墨烯具有原子尺寸的厚度。这样的石墨烯可通过化学气相沉积(CVD)合成，或者可通过逐层地剥离石墨来获得。
技术实现思路
提供纳米晶体石墨烯和通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在表面上直接生长纳米晶体石墨烯的方法。另外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践来获悉。根据一个实施方式的方面，纳米晶体石墨烯包括纳米尺寸的晶体并且具有在约50％至约99％的范围内的具有sp2键合结构的碳与总碳的比率。纳米晶体石墨烯可包括具有约0.5nm至约100nm的尺寸的晶体。纳米晶体石墨烯可包括约1原子％(原子百分比)至约20原子％的量的氢。纳米晶体石墨烯可具有约1.6g/cc至约2.1g/cc的密度。纳米晶体石墨烯可通过等离子体增强化学气相沉积工艺在约700℃或更低的温度下直接在衬底上生长。根据另一实施方式的方面，纳米晶体石墨烯包括纳米尺寸的晶体和约1原子％(原子百分比)至约20原子％的量的氢。纳米晶体石墨烯可包括具有约0.5nm至约100nm的尺寸的晶体。纳米晶体石墨烯可具有在约50％至约99％的范围内的具有sp2键合结构的碳与总碳的比率。纳米晶体石墨烯可具有约1.6g/cc至约2.1g/cc的密度。纳米晶体石墨烯可通过等离子体增强化学气相沉积工艺在约700℃或更低的温度下直接在衬底上生长。根据另一实施方式的方面，提供通过等离子体增强化学气相沉积工艺形成纳米晶体石墨烯的方法，所述纳米晶体石墨烯包括纳米尺寸的晶体并且具有在约50％至99％的范围内的具有sp2键合结构的碳与总碳的比率，该方法包括使用反应气体的等离子体在约700℃或更低的温度下直接在衬底上生长纳米晶体石墨烯，所述反应气体包括碳源和惰性气体。纳米晶体石墨烯可包括具有约0.5nm至约100nm的尺寸的晶体。纳米晶体石墨烯可包括约1原子％(原子百分比)至约20原子％的量的氢。纳米晶体石墨烯可具有约1.6g/cc至约2.1g/cc的密度。反应气体可不包括氢气或者可进一步包括氢气。碳源、惰性气体和氢气的体积比可为约1:0.01至5000:0至300。碳源可包括烃气体和含碳液体前体的蒸气的至少一种。所述前体可包括具有化学式CxHy(其中6≤x≤42且6≤y≤28)的芳族烃、所述芳族烃的衍生物、具有化学式CxHy(其中1≤x≤12且2≤y≤26)的脂族烃和所述脂族烃的衍生物的至少一种。惰性气体可包括氩气、氖气、氮气、氦气、氪气和氙气的至少一种。纳米晶体石墨烯可在约180℃至约700℃的工艺温度下生长。纳米晶体石墨烯可在约0.001托至约10托的工艺压力下生长。等离子体可由至少一个射频(RF)等离子体产生装置或至少一个微波(MW)等离子体产生装置产生。等离子体可为具有约3MHz至约100MHz的频率范围的RF等离子体、或具有约0.7GHz至约2.5GHz的频率范围的MW等离子体。用于产生反应气体的等离子体的功率可在约10W至约4000W的范围内。衬底可包括IV族半导体材料、半导体化合物、金属和绝缘材料的至少一种。IV族半导体材料可包括硅(Si)、锗(Ge)或锡(Sn)。半导体化合物可包括其中以下的至少两种彼此结合的材料：硅(Si)、锗(Ge)、碳(C)、锌(Zn)、镉(Cd)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硼(B)、氮(N)、磷(P)、硫(S)、硒(Se)、砷(As)、锑(Sb)和碲(Te)。金属可包括以下的至少一种：铜(Cu)、钼(Mo)、镍(Ni)、铝(Al)、钨(W)、钌(Ru)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)、金(Au)、铪(Hf)、锆(Zr)、锌(Zn)、钇(Y)、铬(Cr)和钆(Gd)。绝缘材料可包括以下的至少一种：硅(Si)、铝(Al)、铪(Hf)、锆(Zr)、锌(Zn)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)和锰(Mn)，或者绝缘材料可包括以下的至少一种的氧化物、氮化物、碳化物及其衍生物中的至少一种：硅(Si)、镍(Ni)、铝(Al)、钨(W)、钌(Ru)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)、金(Au)、铪(Hf)、锆(Zr)、锌(Zn)、钇(Y)、铬(Cr)、铜(Cu)、钼(Mo)和钆(Gd)。所述氧化物、氮化物、碳化物和衍生物中的至少一种可包含氢(H)。衬底还可包括掺杂剂。所述方法还可包括在生长纳米晶体石墨烯之前使用还原气体预处理衬底的表面。还原气体可包括氢、氮、氯、氟、氨及其衍生物的至少一种。还原气体还可包括惰性气体。在首先在衬底上形成纳米晶体石墨烯之后，该方法可进一步包括其次通过调节反应气体的混合比率在首先形成的纳米晶体石墨烯上形成另外的纳米晶体石墨烯。反应气体可不包括氢气，或者可进一步包括氢气。根据另一实施方式的方面，提供装置，其被配置成执行所述形成纳米晶体石墨烯的方法。根据另一实施方式的方面，提供通过等离子体增强化学气相沉积工艺形成纳米晶体石墨烯的方法，所述纳米晶体石墨烯包括纳米尺寸的晶体并且具有在约50％至99％的范围内的具有sp2键合结构的碳与总碳的比率，该方法包括：将包括碳源和惰性气体的反应气体注入反应室中；在反应室中产生反应气体的等离子体；使用反应气体的等离子体在约700℃或更低的温度下在衬底的表面上直接生长纳米晶体石墨烯。纳米晶体石墨烯可包括具有约0.5nm至约100nm的尺寸的晶体。纳米晶体石墨烯可包括约1原子％(原子百分比)至约20原子％的量的氢。纳米晶体石墨烯可具有约1.6g/cc至约2.1g/cc的密度。该方法还可包括使用还原气体预处理衬底的表面。该方法还可包括：在首先在衬底上形成纳米晶体石墨烯之后，其次通过调节反应气体的混合比率在首先形成的纳米晶体石墨烯上形成另外的纳米晶体石墨烯。另外，在其次形成另外的纳米晶体石墨烯之后，该方法可进一步包括在所述另外的纳米晶体石墨烯上形成至少一层再另外的纳米晶体石墨烯。附图说明这些和/或其他方面通过以下结合附图对实施方式的描述将变得明晰和更容易理解，其中：图1A至1C为示出根据一个实例实施方式的形成纳米晶体石墨烯的方法的图；图2A和2B为分别示出纳米晶体石墨烯和无定形碳层的D参数光谱的图；图3A为示出根据实例实施方式的使用射频(RF)等离子体在多晶硅衬底上生长的纳米晶体石墨烯的透射电子显微镜(TEM)图像；图3B为示出图3A中所示的纳米晶体石墨烯的D参数光谱的图；图4A为示出根据实例实施方式的使用微波(MW)等离子体在多晶硅衬底上形成的纳米晶体石墨烯的TEM图像；图4B为示出图4A中所示的纳米晶体石墨烯的D参数光谱的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米晶体石墨烯，包括纳米尺寸的晶体并具有在约50％至约99％的范围内的具有sp

【技术特征摘要】
2017.11.29 KR 10-2017-0161833;2018.08.13 KR 10-2011.纳米晶体石墨烯，包括纳米尺寸的晶体并具有在约50％至约99％的范围内的具有sp2键合结构的碳与总碳的比率。2.如权利要求1所述的纳米晶体石墨烯，其中所述纳米晶体石墨烯包括约1原子％至约20原子％的量的氢。3.纳米晶体石墨烯，包括纳米尺寸的晶体和约1原子％至约20原子％的量的氢。4.如权利要求1或3所述的纳米晶体石墨烯，其中所述纳米晶体石墨烯包括具有约0.5nm至约100nm的尺寸的晶体。5.如权利要求1或3所述的纳米晶体石墨烯，其中所述纳米晶体石墨烯具有约1.6g/cc至约2.1g/cc的密度。6.如权利要求1或3所述的纳米晶体石墨烯，其中所述纳米晶体石墨烯是通过等离子体增强化学气相沉积工艺在约700℃或更低的温度下直接在衬底上生长的。7.通过等离子体增强化学气相沉积工艺形成如权利要求1-2和4-5任一项所述的纳米晶体石墨烯的方法，所述方法包括使用反应气体的等离子体在约700℃或更低的温度下在衬底上直接生长纳米晶体石墨烯，所述反应气体包括碳源和惰性气体。8.如权利要求7所述的方法，其中所述反应气体不包括氢气或进一步包括氢气。9.如权利要求8所述的方法，其中所述碳源、所述惰性气体和所述氢气的体积比为约1:0.01至5000:0至300。10.如权利要求7所述的方法，其中所述碳源包括烃气体和含碳液体前体的蒸气的至少一种。11.如权利要求10所述的方法，其中所述前体包括具有其中6≤x≤42且6≤y≤28的化学式CxHy的芳族烃、所述芳族烃的衍生物、具有其中1≤x≤12且2≤y≤26的化学式CxHy的脂族烃和所述脂族烃的衍生物的至少一种。12.如权利要求7所述的方法，其中所述惰性气体包括氩气、氖气、氮气、氦气、氪气和氙气的至少一种。13.如权利要求7所述的方法，其中所述纳米晶体石墨烯在约180℃至约700℃的工艺温度下生长。14.如权利要求7所述的方法，其中所述纳米晶体石墨烯在约0.001托至约10托的工艺压力下生长。15.如权利要求7所述的方法，其中所述等离子体由至少一个射频(RF)等离子体产生装置或至少一个微波(MW)等离子体产生装置产生。16.如权利要求15所述的方法，其中所述等离子体是具有约3MHz至约100MHz的频率范围的RF等离子体、或具有约0.7GHz至约2.5GHz的频率范围的MW等离子体。17.如权利要求7所述的方法，其中用于产生反应气体的等离子体的功率范围为约10W至约4000W。18.如权利要求7所述的方法，其中所述衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伣在，申建旭，申铉振，李昌锡，金昌炫，卞卿溵，李升元，李殷奎，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR