用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法技术

本公开提供了一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法，其用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底，自下而上顺次包括：支撑层和缓冲层，所述缓冲层自下而上顺次包括：至少一个石墨烯缓冲层和至少一个金属膜缓冲层。本公开通过使用石墨烯缓冲层和金属膜缓冲层组合的缓冲层结构，合理利用石墨烯晶格适配小的优点，在金属膜缓冲层的保护下同时可以避免在制备过程中石墨烯被刻蚀，有利于改善单晶金刚石异质外延的质量，以实现大面积高质量的金刚石膜层异质外延生长。

Flexible substrate of graphene interlayer for heteroepitaxy and its preparation

【技术实现步骤摘要】
用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法
本公开涉及半导体材料制备领域，尤其涉及一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法。
技术介绍
金刚石作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速度高、热稳定和化学稳定性好、抗辐射、耐腐蚀等优点，是目前最有发展前途的第三代半导体材料。作为半导体材料，金刚石可用作热沉、高温高压高频场效应二极管、紫外光探测器、辐射探测器等。多晶金刚石多用作热沉、封装等辅助应用，而单晶金刚石除此之外在半导体器件构成方面有着更加广泛的应用。小面积的金刚石外延膜应用较窄，只有大面积高质量的单晶金刚石才能更加广泛的使用，适应半导体材料的规模化、集成化、标准化要求。故大面积高质量单晶金刚石有着很强的市场需求和应用潜力。由于微波等离子体化学气相沉积具有以下优点：(1)无内部电极避免电极引起的污染；(2)工作参数可方便控制；(3)工作气压宽、等离子体密度高、能量转化率高，被公认为是获得器件级单晶金刚石材料的最佳方法，它可在同质衬底或者异质衬底上生长金刚石。但是同质外延受到金刚石衬底大小的限制且外延成本高。故采用大面积衬底进行异质外延，是制备大面积高质量单晶金刚石的最佳方式，因而受到越来越多的关注。异质外延生长方面，目前已取得一些成果特别是Ir衬底上。但是异质外延相比于同质外延单晶质量仍较低，最主要的问题是晶格匹配的问题。金刚石和石墨烯的晶格失配率仅为2.6％，故石墨烯非常适合作为单晶金刚石的异质外延衬底。根据上面介绍，推测可以利用微波等离子体化学气相沉积在石墨烯上直接外延金刚石，但是涉及相关现有技术较少。原因是暴露在等离子体环境中的石墨烯极易被刻蚀掉，仅在特定的MPCVD工作条件下能够存在石墨烯相，但是由于等离子体的轰击作用使得石墨烯缺陷大大增加。这样就导致了利用微波等离子体化学气相沉积很难在石墨烯上生长出金刚石单晶，背离了引入石墨烯层的初衷。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底，自下而上顺次包括：支撑层和缓冲层，所述缓冲层自下而上顺次包括：至少一个石墨烯缓冲层和至少一个金属膜缓冲层。在本公开的一些实施例中，所述石墨烯缓冲层的厚度为1～50个原子层。在本公开的一些实施例中，所述金属膜缓冲层的厚度为2～100nm。在本公开的一些实施例中，所述金属膜缓冲层的材料为Pt、Ir、Cu中的一种或多种。在本公开的一些实施例中，所述支撑层的材料为碳化硅、硅、蓝宝石、石英、玻璃和金属中任一种的单质材料或任多种的复合材料。根据本公开的一个方面，还提供了一种如上所述的用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底的制备方法，包括步骤：S1、对支撑层进行表面处理，去除支撑层表面的有机和无机化学污染物；S2、将步骤S1中进行表面处理后的支撑层置于反应室中，气体氛围为氩气、氢气中的一种或多种，温度范围为1500～1700℃，反应室中的气压范围为1～700Torr，在支撑层上表面制备石墨烯缓冲层；S3、在步骤S2制备的石墨烯缓冲层上利用磁控溅射制备金属膜缓冲层。在本公开的一些实施例中，所述步骤S1中选用标准RCA清洗对支撑层进行表面处理。在本公开的一些实施例中，所述步骤S2中支撑层在反应室中的生长时间为5-120min。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：本公开石墨烯缓冲层和金属膜缓冲层的设置，合理利用石墨烯晶格适配小的优点，在金属膜缓冲层的保护下同时可以避免在制备过程中石墨烯被刻蚀，有利于改善单晶金刚石异质外延的质量，以利用异质外延获得大面积的外延膜层。附图说明图1为本公开实施例用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底的结构示意图。图2为本公开实施例用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底制备方法的流程框图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-支撑层；20-缓冲层；21-石墨烯缓冲层；22-金属膜缓冲层；S1～S3-步骤。具体实施方式本公开提供了一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底及其制备方法，其用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底，自下而上顺次包括：支撑层和缓冲层，所述缓冲层自下而上顺次包括：至少一个石墨烯缓冲层和至少一个金属膜缓冲层。本公开石墨烯缓冲层和金属膜缓冲层的设置，合理利用石墨烯晶格适配小的优点，在金属膜缓冲层的保护下同时可以避免在制备过程中石墨烯被刻蚀，有利于改善单晶金刚石异质外延的质量，以利用异质外延获得大面积的外延膜层。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底。图1为本公开实施例用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底的结构示意图。如图1所示，本公开用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底，自下而上顺次包括：支撑层10和缓冲层20，所述缓冲层20自下而上顺次包括：至少一个石墨烯缓冲层21和至少一个金属膜缓冲层22。以下分别对本实施例用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底的各个组成部分进行详细描述。支撑层10，其材料可以为碳化硅、硅、蓝宝石、石英、玻璃和金属中任一种的单质材料，或者可以为碳化硅、硅、蓝宝石、石英、玻璃和金属中任多种的复合材料。石墨烯缓冲层21，石墨烯缓冲层21的厚度为1～50个原子层。金属膜缓冲层22，金属膜缓冲层22的厚度为2～100nm。金属膜缓冲层22的材料为Pt、Ir、Cu中的一种或多种。在本公开的另一个示例性实施例中，还提供了一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底的制备方法。图2为本公开实施例用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底制备方法的流程框图。如图2所示，本公开用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底的制备方法，包括：步骤S1、对支撑层进行表面处理，去除支撑层表面的有机和无机化学污染物。步骤S2、将步骤S1中进行表面处理后的支撑层置于反应室中，气体氛围为氩气、氢气中的一种或多种，温度范围为1500～1700℃，反应室中的气压范围为1～700Torr，生长时间为5-120min，在支撑层上表面制备石墨烯缓冲层。关于支撑层的上表面做进一步说明，这里支撑层的上表面可以为C面、Si面或其他适合的结构均可选用。步骤S3、在步骤S2制备的石墨烯缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底，其中，自下而上顺次包括：支撑层和缓冲层，所述缓冲层自下而上顺次包括：至少一个石墨烯缓冲层和至少一个金属膜缓冲层。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于异质外延的石墨烯中间层柔性衬底，其中，自下而上顺次包括：支撑层和缓冲层，所述缓冲层自下而上顺次包括：至少一个石墨烯缓冲层和至少一个金属膜缓冲层。


2.根据权利要求1所述的石墨烯中间层柔性衬底，其中，所述石墨烯缓冲层的厚度为1～50个原子层。


3.根据权利要求1所述的石墨烯中间层柔性衬底，其中，所述金属膜缓冲层的厚度为2～100nm。


4.根据权利要求1所述的石墨烯中间层柔性衬底，其中，所述金属膜缓冲层的材料为Pt、Ir、Cu中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的石墨烯中间层柔性衬底，其中，所述支撑层的材料为碳化硅、硅、蓝宝石、石英、玻璃和金属中任一种的单质材料或任多种的复合材料。

【专利技术属性】
技术研发人员：霍晓迪，金鹏，王占国，杜鹏，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，天津市海杰金属制品制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11