【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，具体的说，是涉及一种半导体石墨烯及其制备方法。
技术介绍
1、石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，而石墨则由多层石墨烯组成。单层石墨烯可从石墨中剥离出来，其电子性质与石墨相似。石墨烯是一种半金属，既不是金属又不是半导体，可以描述为没有带隙的半导体(1947年wallace)。目前已经很清楚石墨烯的电子性质，其电子迁移率高、导电性好，这使得它成为一种有应用前景的二维电子材料，在众多领域有着广泛应用。然而，由于缺乏能隙，石墨烯不能用于传统的数字电子学，即不能通过施加电场来进行开关，这是传统半导体(如硅的电子学)所必需的。虽然已经发现了各种方案来“修饰”石墨烯以使其具有带隙，例如通过制造窄的石墨烯带(2010年han)或通过化学修饰石墨烯的性质(2009年elias)，但这些“修饰”严重降低了其电学性质，以至于到目前为止，没有找到一种有效方法来生产具有半导体性质的半导体石墨烯，同时兼顾高迁移率(2015年schwierz)。
2、人们还发现，当碳化硅在惰性气氛中加热到1000℃以上时，石墨烯会在其表面形成，这种形式的石墨烯称为外延石墨烯(1975年van bommel)。van bommel还发现，当六角形多晶硅碳化物的硅面在真空中加热到1000℃以上时，其表面石墨化(1975年van bommel)。石墨化是因为高温下硅从表面升华，表面被碳原子覆盖。在高温下，碳原子会发生化学反应，以硅碳键形式覆盖在碳化硅表面上。这种形式的石墨烯称为缓冲层。随后的研究表明，由于硅碳键的存在，缓冲层并没有石墨烯本征
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决半导体石墨烯制备的相关技术问题，提供一种超大单晶畴半导体石墨烯及其制备方法，能够在绝缘衬底上直接生长单层单晶半导体石墨烯，其具有超大晶畴和超高室温高迁移率，可作为电子学器件的关键材料使用。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种超大单晶畴半导体石墨烯，在碳化硅衬底的硅面直接生成，该半导体石墨烯为单层且均匀生长，所述半导体石墨烯的晶畴宽度可达500微米，长度为亚厘米量级，室温迁移率至少达到4500cm2/(v·s)。
4、进一步地，所述半导体石墨烯具有石墨烯晶格结构，且与sic衬底部分成键，具有带隙。
5、进一步地，所述半导体石墨烯的晶畴宽度大于200微米。
6、优选地，所述碳化硅衬底为6h、4h或3c。
7、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述超大单晶畴半导体石墨烯的制备方法，包括如下制备过程：
8、(1)取两片sic衬底进行预处理，预处理后在其中一片sic衬底的c面制备碳膜；
9、(2)将两片sic衬底进行堆叠并放入坩埚中，堆叠方式为两片sic衬底的si面与si面相对；
10、(3)将堆叠有两片sic衬底的坩埚在真空条件下退火，以清洁sic衬底；
11、(4)将堆叠有两片sic衬底的坩埚在氩气气氛下加热；氩气气氛下加热sic衬底，以进行形貌初步聚束；
12、(5)将堆叠有两片sic衬底的坩埚在氩气气氛下进一步加热生长半导体石墨烯，在两片sic衬底上均得到半导体石墨烯。。
13、其中优选地，步骤(1)中的预处理对两片所述sic衬底进行机械和化学抛光后，再进行超声波清洗和n2干燥。
14、进一步地，步骤(1)中的所述碳膜为光刻胶、pmma和无定形碳中的一种，所述碳膜由高温分解、物理蒸镀、化学镀、涂覆中的一种制备。
15、其中优选地，步骤(3)中所述真空条件下退火的温度为900-950℃，时间为20-30min；
16、其中优选地，步骤(4)中所述加热sic衬底的温度为1250-1300℃，加热时间为20-30min。
17、其中优选地，步骤(5)中所述进一步加热的温度为1560℃-1700℃，时间为50-600min。
18、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述超大单晶畴半导体石墨烯的制备方法，包括如下制备过程：
19、(1)取两片sic衬底进行预处理；
20、(2)将两片sic衬底进行堆叠并放入坩埚中，堆叠方式为两片sic衬底的c面与si面相对；
21、(3)将堆叠有两片sic衬底的坩埚在真空条件下退火，以清洁sic衬底；
22、(4)将堆叠有两片sic衬底的坩埚在氩气气氛下加热；氩气气氛下加热sic衬底，以进行形貌初步聚束；
23、(5)将堆叠有两片sic衬底的坩埚在氩气气氛下进一步加热生长半导体石墨烯，在一片sic衬底上得到半导体石墨烯。
24、其中优选地，步骤(1)中的预处理对两片所述sic衬底进行机械和化学抛光后，再进行超声波清洗和n2干燥。
25、其中优选地，步骤(3)中所述真空条件下退火的温度为900-950℃，时间为20-30min；
26、其中优选地，步骤(4)中所述加热sic衬底的温度为1250-1300℃，加热时间为20-30min。
27、其中优选地，步骤(5)中所述进一步加热的温度为1560℃-1700℃，时间为50-600min。
28、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述超大单晶畴半导体石墨烯的制备方法，包括如下制备过程：
29、(1)将一片sic衬底进行预处理后放入改造坩埚中，所述改造坩埚的结构为其底部外表面为平面；
30、(2)将堆叠有两片sic衬底的改造坩埚在真空条件下退火，以清洁sic衬底；
31、(3)将堆叠有两片sic衬底的改造坩埚在氩气气氛下加热；氩气气氛下加热sic衬底，以进行形貌初步聚束；
32、(4)将堆叠有两片sic衬底的改造坩埚在氩气气氛下进一步加热生长半导体石墨烯，在sic衬底上得到半导体石墨烯。
33、其中优选地，步骤(1)中的预处理对两片所述sic衬底进行机械和化学抛光后，再进行超声波清洗和n2干燥。
34、其中优选地，步骤(3)中所述真空条件下退火的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超大单晶畴半导体石墨烯，在碳化硅衬底的硅面直接生成，其特征在于，该半导体石墨烯为单层且均匀生长，所述半导体石墨烯的晶畴宽度可达500微米，长度为亚厘米量级，室温迁移率至少达到4500cm2/(V·s)。
2.根据权利要求1所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，所述半导体石墨烯具有石墨烯晶格结构，且与SiC衬底部分成键，具有带隙。
3.根据权利要求1所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，所述半导体石墨烯的晶畴宽度大于200微米。
4.根据权利要求1所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，所述碳化硅衬底为6H、4H或3C。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述超大单晶畴半导体石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下制备过程：
6.根据权利要求5所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，所述碳膜为光刻胶、PMMA和无定形碳中的一种，所述碳膜由高温分解、物理蒸镀、化学镀、涂覆中的一种制备。
7.一种如权利要求1-4中任一项所述超大单晶畴半导体石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下制备过
8.一种如权利要求1-4中任一项所述超大单晶畴半导体石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下制备过程：
...【技术特征摘要】
1.一种超大单晶畴半导体石墨烯，在碳化硅衬底的硅面直接生成，其特征在于，该半导体石墨烯为单层且均匀生长，所述半导体石墨烯的晶畴宽度可达500微米，长度为亚厘米量级，室温迁移率至少达到4500cm2/(v·s)。
2.根据权利要求1所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，所述半导体石墨烯具有石墨烯晶格结构，且与sic衬底部分成键，具有带隙。
3.根据权利要求1所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，所述半导体石墨烯的晶畴宽度大于200微米。
4.根据权利要求1所述的一种超大单晶畴半导体石墨烯，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：马雷，赵健，李雅奇，边博岳，李睿，张凯敏，纪佩璇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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