本发明专利技术公开了一种基于C注入的Ni膜辅助SiC衬底石墨烯纳米带制备方法。其实现步骤是：先对SiC样片进行标准清洗；再制作由隔离带和离子注入带组成的掩膜板；然后对清洗后的SiC样片中离子注入带区域注入C离子；接着将SiC样片置于外延炉中通Ar气快速加热至1200-1300℃，恒温保持30~90min，使离子注入区域的SiC热解生成碳膜；再另取一Si片电子束沉积一层Ni膜；将生成的碳膜样片置于Ni膜上，并将它们一同置于Ar气中，在温度为900-1200℃下退火生成石墨烯纳米带；最后从石墨烯纳米带样片上取开Ni膜，在SiC衬底上得到隔离带和石墨烯纳米带相互交替组成的纳米材料。本发明专利技术工艺简单，安全性高，SiC热解温度较低，且生成的石墨烯纳米带表面光滑，连续性好，可用于制作微电子器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及半导体薄膜材料及其制备方法，具体地说是，用于制作微电子器件。
技术介绍
自从2004年英国Manchester大学的AndreGeim和他的合作者Kostya Novoselov使用机械剥离法首次制备出石墨烯以来，石墨烯即引起了全球轰动，从而引发了材料、凝聚态物理、微电子、化学等领域的研究热潮。石墨烯是由SP2杂化的单层碳原子紧密堆积成ニ维蜂窝状晶格结构的ー种碳质新材料，这是目前发现最薄的材料。由于其独特的ニ维结构和优异的晶体学质量，石墨烯中存在着丰富而新奇的物理现象及优异的物理性能。由于这些优良的性质，石墨烯可望在高性能纳米电子器件、复合材料、太阳能电池、场发射材料、超级电容器等领域获得广泛应用。因此，石墨烯迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来研究的热点之一。科学界认为石墨烯极有可能取代硅而成为未来的半导体材料，具有极其广阔的应用前景。石墨烯由于其优异的电学特性，引起了广泛关注，继而制备石墨烯的新方·法层出不穷，但使用最多的主要有化学气相沉积法和热分解SiC法两种。化学气相沉积法，是制备半导体薄膜材料应用最广泛的ー种大規模エ业化方法，它是利用甲烷、こ烯等含碳化合物作为碳源，通过其在基体表面的高温分解生长石墨烯，最后用化学腐蚀法去除金属基底后即可得到独立的石墨烯片。通过选择基底的类型、生长的温度、前驱体的流量等參数可调控石墨烯的生长，如生长速率、厚度、面积等，此方法的缺点是制备エ艺复杂，能源消耗大，成本较高，精确控制较差，而且获得的石墨烯片层与衬底相互作用強，丧失了许多单层石墨烯的性质，且石墨烯的连续性不是很好。热分解SiC法，是通过高温加热使得SiC衬底表面碳硅键断裂，使SiC表面上的Si原子升华，剰余C原子在原衬底表面重构，形成石墨烯。然而，SiC热分解时温度较高，并且生长出来的石墨烯呈岛状分布，孔隙多，而且做器件时由于光刻，干法刻蚀等会使石墨烯的电子迁移率降低，从而影响了器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种，以有选择性地生长石墨烯纳米带，提高石墨烯纳米带表面光滑度和连续性，同时避免在后序制作器件时对石墨烯进行刻蚀的エ艺过程，而导致电子迁移率降低的问题。为实现上述目的，本专利技术的制备方法包括以下步骤(I)对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物；(2)制作由隔离带和离子注入带组成的掩膜板，隔离带宽度为100-200nm，离子注入带宽度为50-200nm ；(3)在清洗后的SiC样片中的离子注入带区域注入能量为15_45keV，剂量为5 X IO14 5 X IO16CnT2 的 C 离子；(4)将注入C离子后的SiC样片放入外延炉中，调节外延炉中压强为O. 5 I X l(T6Torr，快速加热至1200-1300°C，然后通入流速为500-800ml/min的Ar气，恒温保持3(T90min，使离子注入带区域的SiC热解生成碳膜；(5)在Si基体上电子束沉积300-500nm厚的Ni膜；(6)将生成的碳膜样片置于Ni膜上，再将它们一同置于流速为30-150ml/min的Ar气中，在温度为900-1200で下退火10_20min,使碳膜重构成石墨烯纳米带；(7)从石墨烯纳米带样片上取开Ni膜,在SiC衬底上得到_离带和石墨烯纳米带相互交替组成的纳米材料。本专利技术与现有技术相比具有如下优点I.本专利技术エ艺简单,节约能源,安全性高。2.本专利技术由于先在SiC样品的离子注入带中注入了 C离子，注入带宽度与需要制作器件的宽度相同，即石墨烯纳米带的宽度与需要制作器件的宽度相等，避免了在后序制作器件时由于要对石墨烯进行刻蚀而导致电子迁移率降低的问题。3.本专利技术由于利用在Ni膜上退火，因而生成的碳膜更容易重构形成连续性较好，表面光滑的石墨烯纳米帯。附图说明图I是本专利技术制备石墨烯纳米带的流程图。具体实施例方式參照图I，本专利技术的制作方法给出如下三种实施例。实施例I步骤I:清洗6H_SiC样片，以去除表面污染物。(I. I)对6H_SiC衬底基片使用ΝΗ40Η+Η202试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；(1.2)将去除表面有机残余物后的6H_SiC样片再使用HC1+H202试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除离子污染物。步骤2 :根据需要制作器件的宽度设制由隔离带和离子注入带相互交替组成的掩膜板，本实例选用隔离带宽度为lOOnm，离子注入带宽度为200nm，该离子注入带宽与器件的宽度相同。 步骤3 :对6H_SiC样片的离子注入带区域进行C离子注入。在清洗后的6H_SiC样片中的离子注入带区域注入能量为15keV，剂量为5X IO14Cm 2 的 C 离子。步骤4 6H-SiC热解生成碳膜。将注入C离子后的SiC样片放入外延炉中，调节外延炉中压强为O. 5X IO^6Torr,快速加热至1200°C，然后通入流速为500ml/min的Ar气，恒温保持90min，使离子注入带区域的SiC热解生成碳膜。步骤5 :取另ー Si衬底样片放入电子束蒸发镀膜机中的基底载玻片上，基底到靶材的距离为50cm，将反应室压强抽至5 X 10_4Pa，调节束流为40mA，蒸发lOmin，在Si衬底样片上沉积ー层300nm厚的Ni膜。步骤6 :碳膜重构成石墨烯纳米带。(6. I)将生成的碳膜样片从外延炉中取出，将其碳膜置于300nm厚的Ni膜上；(6.2)将碳膜样片和Ni膜整体置于流速为30ml/min的Ar气中，在温度为900°C下退火20min，通过金属Ni的催化作用使碳膜重构成石墨烯纳米帯。步骤7 :从石墨烯纳米带样片上取开Ni膜，在SiC衬底上得到隔离带和石墨烯纳米带相互交替组成的纳米材料。 实施例2步骤ー清洗4H_SiC样片，以去除表面污染物。对4H_SiC衬底基片先使用ΝΗ40Η+Η202试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；再使用HC1+H202试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除离子污染物。步骤ニ 根据器件的宽度制作由隔离带和离子注入带相互交替组成的掩膜板，即离子注入带宽与器件的宽度相同，本实例选用隔离带宽度为150nm，离子注入带宽度为IOOnm0步骤三对4H_SiC样片的离子注入带区域进行C离子注入。在清洗后的4H_SiC样片中的离子注入带区域注入能量为30keV，剂量为5 X 1015cm_2 的 C 离子；步骤四4H_SiC热解生成碳膜。将注入C离子后的SiC样片放入外延炉中，调节外延炉中压强为O. 8X10_6Torr，快速加热至1250°C,然后通入流速为600ml/min的Ar气,恒温保持60min,使离子注入带区域的SiC热解生成碳膜；步骤五取另ー Si衬底样片放入电子束蒸发镀膜机中的基底载玻片上，基底到靶材的距离为50cm，将反应室压强抽至5 X 10_4Pa，调节束流为40mA，蒸发15min，在Si衬底样片上沉积ー层400nm厚的Ni膜。步骤六碳膜重构成石墨烯纳米带。将生成的碳膜样片从外延炉中取出并置于400nm厚的Ni膜上，再将它们一同置于流速为100ml/min的Ar气中，在温度为1000°C下退火15min,通过金属Ni的催化作用使碳膜重构成石墨烯纳米带。步骤七从石墨烯纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于C注入的Ni膜辅助SiC衬底石墨烯纳米带制备方法，包括以下步骤 (1)对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物； (2)制作由隔离带和离子注入带组成的掩膜板，隔离带宽度为100-200nm,离子注入带宽度为50-200nm ； (3)在清洗后的SiC样片中的离子注入带区域注入能量为15-45keV，剂量为5 X IO14 5 X IO16CnT2 的 C 离子； (4)将注入C离子后的SiC样片放入外延炉中，调节外延炉中压强为0.5^1 X IO-6Torr,快速加热至1200-1300°C，然后通入流速为500-800ml/min的Ar气，恒温保持3(T90min，使离子注入带区域的SiC热解生成碳膜； (5)在Si基体上电子束沉积300-500nm厚的Ni膜； (6)将生成的碳膜样片置于Ni膜上，再将它们一同置于流速为30-150ml/min的Ar气中，在温度为900-1200°C下退火10-20min,使碳膜重构成石墨烯纳米带； (7)从石墨烯纳米带样片上取开Ni膜,在SiC...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，赵艳黎，张玉明，汤晓燕，张克基，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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