在硅表面上大面积石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术提供一种在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将清洗后的硅衬底安装在具有快速退火功能的设备中，在硅衬底上形成3C

【技术实现步骤摘要】
在硅表面上大面积石墨烯的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体薄膜材料
，尤其涉及一种在硅表面上大面积石墨烯的制备方法。

技术介绍

[0002]随着微电子技术的极速发展，传统硅基半导体电子器件已经明显滞后于后摩尔定律时代的脚步。石墨烯作为由碳原子排列而成的二维材料在自然界中可以稳定存在，更由于其独特的性质，如最薄、最牢固、高热导率、高强度、高电子迁移率、零有效质量、高导热率等，在下一代光电器件、透明导电膜、传感器等领域有巨大的应用潜力。尤其是其在常温下具有很高的电子迁移率，被期待替代硅用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或光电器件。
[0003]由于Si面外延石墨烯的生长机理，Si面外延石墨烯生长状况主要是单层、双层或三层石墨烯相间分布，这样石墨烯的晶畴大小受平台宽度的限制在十几微米的量级，所以现有技术还没有在Si面生长出大晶畴半导体性石墨烯的方案。然而，Si面单层石墨烯的晶畴面积过小往往不利于器件集成度，从而限制其在工业化生产中的应用。
[0004]因此，亟需一种可以生长大面积的半导体性石墨烯的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，以解决目前无法生长大面积石墨烯的问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将清洗后的硅衬底安装在具有快速退火功能的设备中，在硅衬底上形成3C
‑
SiC单晶种子层；
[0008]在3C
‑
SiC单晶种子层上基于LPCVD法，在3C
‑
SiC单晶种子层上生长3C
‑
SiC加厚层；
[0009]对3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层；
[0010]将台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长一层石墨烯。
[0011]在一种可能的实现方式中，对3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层，包括：
[0012]在3C
‑
SiC加厚层表面通入研磨气体，对3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层。
[0013]在一种可能的实现方式中，研磨气体为氢气，研磨气体的工作温度为1000
‑
1150℃，研磨气体的通入时长为10
‑
60s。
[0014]在一种可能的实现方式中，在3C
‑
SiC加厚层表面通入研磨气体为在高温退火炉或微波等离子体化学气相淀积设备中进行的。
[0015]在一种可能的实现方式中，将清洗后的硅衬底安装在具有快速退火功能的设备中，在硅衬底上形成3C
‑
SiC单晶种子层，包括：
[0016]在设备中持续通入第一预设气体，并对设备进行升温，当温度达到第一预设温度时，同时在设备中持续通入第二预设气体，当温度升高到第二预设温度后，停止升温并保持第二预设温度不变，对硅衬底进行快速退火，其中，第一预设气体为保护气体，第二预设气体中包含甲烷或乙炔中的至少一种气体；当快速退火达到预设时间后，停止通入第一预设气体和第二预设气体，通入第三预设气体并降温，在硅衬底上形成3C
‑
SiC单晶种子层。
[0017]在一种可能的实现方式中，第一预设气体为H2、Ar+H2、N2+H2或惰性气体中的一种或多种，第二预设气体为甲烷与乙炔的混合气体，预设时间为1s
‑
180s。
[0018]在一种可能的实现方式中，第二预设温度为800℃
‑
1400℃，第一预设温度为550℃
‑
650℃，设备从第一预设温度升高到第二预设温度时的升温梯度大于25℃/s。
[0019]在一种可能的实现方式中，台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解的温度为1000
‑
1250℃，高温热分解的时长为30
‑
60s，高温热分解的压强小于10
‑3torr。
[0020]在一种可能的实现方式中，将台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长一层石墨烯，包括：
[0021]在高温下通入氩气作为保护气体，对台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长石墨烯。
[0022]在一种可能的实现方式中，将台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长一层石墨烯，包括：
[0023]在高温下通入乙硅烷作为保护气体，对台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长石墨烯。
[0024]本专利技术实施例提供一种在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，首先，将清洗后的硅衬底安装在具有快速退火功能的设备中，在硅衬底上形成3C
‑
SiC单晶种子层。然后，在3C
‑
SiC单晶种子层上基于LPCVD法，在3C
‑
SiC单晶种子层上生长3C
‑
SiC加厚层。接着，对3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层。最后，将台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长一层石墨烯。由于硅衬底有多种规格，可以在大尺寸的硅衬底上首先生长一层致密的3C
‑
SiC单晶种子层，然后在其上继续同质外延生长一层3C
‑
SiC加厚层，便于后续制备大面积且高质量的石墨烯。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例提供的在硅表面上大面积石墨烯的制备方法的实现流程图。
具体实施方式
[0027]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体
细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将清洗后的硅衬底安装在具有快速退火功能的设备中，在所述硅衬底上形成3C
‑
SiC单晶种子层；在所述3C
‑
SiC单晶种子层上基于LPCVD法，在所述3C
‑
SiC单晶种子层上生长3C
‑
SiC加厚层；对所述3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层；将所述台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层进行高温热分解，在所述3C
‑
SiC刻蚀层的表面生长一层石墨烯。2.如权利要求1所述的在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，所述对所述3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层，包括：在所述3C
‑
SiC加厚层表面通入研磨气体，对所述3C
‑
SiC加厚层刻蚀，得到台阶状的3C
‑
SiC刻蚀层。3.如权利要求2所述的在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，所述研磨气体为氢气，所述研磨气体的工作温度为1000
‑
1150℃，所述研磨气体的通入时长为10
‑
60s。4.如权利要求2所述的在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，所述在所述3C
‑
SiC加厚层表面通入研磨气体为在高温退火炉或微波等离子体化学气相淀积设备中进行的。5.如权利要求1所述的在硅表面上大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，所述将清洗后的硅衬底安装在具有快速退火功能的设备中，在所述硅衬底上形成3C
‑
SiC单晶种子层，包括：在所述设备中持续通入第一预设气体，并对所述设备进行升温，当温度达到第一预设温度时，同时在所述设备中持续通入第二预设气体，当温度升高到第二预设温度后，停止升温并保持所述第二预设温度不变，对所述硅衬底进行快速退火，其中，所述第一预设气体为保护气...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳敏，王楠，赵堃，莫宇，
申请(专利权)人：中电科先进材料技术创新有限公司，
类型：发明
国别省市：