在含镓氮化物上生长石墨烯薄膜的方法技术

一种在含镓氮化物上生长石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤：步骤1：提供含镓氮化物的衬底；步骤2：将所述衬底放进CVD设备反应腔室中，置于加热温场均匀的中心区域；步骤3：向CVD反应腔室中的衬底通入保护性气体；步骤4：对CVD反应腔室进行加热；步骤5：开始加热后，向CVD反应腔室中通入反应气体；步骤6：CVD反应腔室达到生长温度后，通入碳源，进行石墨烯薄膜生长；步骤7：生长完成后，停止通入碳源，停止加热；步骤8：向CVD反应腔室中持续通入保护性气体，待CVD反应腔室的温度降至室温后取出生长后的衬底，完成石墨烯薄膜的生长。本发明专利技术制备的石墨烯薄膜可在导电性和透明度之间找到平衡，加强了机械强度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括以下步骤：步骤1：提供含镓氮化物的衬底；步骤2：将所述衬底放进CVD设备反应腔室中，置于加热温场均匀的中心区域；步骤3：向CVD反应腔室中的衬底通入保护性气体；步骤4：对CVD反应腔室进行加热；步骤5：开始加热后，向CVD反应腔室中通入反应气体；步骤6：CVD反应腔室达到生长温度后，通入碳源，进行石墨烯薄膜生长；步骤7：生长完成后，停止通入碳源，停止加热；步骤8：向CVD反应腔室中持续通入保护性气体，待CVD反应腔室的温度降至室温后取出生长后的衬底，完成石墨烯薄膜的生长。本专利技术制备的石墨烯薄膜可在导电性和透明度之间找到平衡，加强了机械强度。【专利说明】
本专利技术属于半导体
，特别是指用含镓(Ga)氮化物作为衬底，利用CVD方法生长石墨烯薄膜的方法。
技术介绍
含镓(Ga)氮化物主要包括GaN、AlGaN, InGaN, AlInGaN以及上述氮化物的η型掺杂和P型掺杂材料。通过调控各组分在有源区的比例可调整有源区的能带宽度，实现从0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)可见光波段全覆盖，其中GaN的禁带宽度为3.4eV。镓是银白色金属，密度5.904g/cm3，熔点29.78°C，沸点2403°C。GaN材料属于宽禁带直接带隙半导体，具有高的热导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。CVD (Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)，指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。CVD方法可获得大面积石墨烯薄膜，适于大面积应用，薄膜为多晶。严格意义上的石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢品格的单原子层二维结构，具有高透过率(97.7% );高导热系数(5300W/m.K)，高电子迁移率(200000cm2/V.s)，低电阻率只约(10_6 Ω.cm)，理论上方阻可低至31 Ω/m2。因为它极低的电阻率，极高的电子迁移率，所以被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。现已应用于制造透明导电层，触控屏幕、光板和太阳能电池。除了严格意义上的石墨烯(单层) 外，双层和少数层(一般小于5层)石墨层片在结构和性能上也都明显区别于块体石墨，在广义上也被归为石墨烯范畴。石墨烯薄膜可认为是IOnm(30层)以下的石墨烯组合。由于CVD法生长的单层石墨烯与机械剥离获得的石墨烯相比缺陷多，导电性相对较差；再加上现有石墨烯制备方法应用过程中需要转移，不可避免的导致石墨烯破裂，降低了石墨烯的机械强度。因此，单层石墨烯在实际应用当中的价值并不大。为了在实际应用当中平衡石墨烯的导电性和透明度，加强石墨烯的机械强度，石墨烯薄膜的应用是最有价值的。目前尚没有对GaN上石墨烯生长的报道，尝试在含Ga氮化物衬底上直接生长石墨烯，实现无转移石墨烯，从而直接应用以实现其独特的性能对实现石墨烯在器件方面的应用具有重要价值；直接生长的另一大优点是与现有半导体技术兼容，对实现工业化生产意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种在含镓(Ga)氮化物衬底上生长石墨烯薄膜的方法，该方法可以实现无转移石墨烯，解决转移引起的石墨烯破裂、石墨烯与衬底结合不紧密以及无法形成有效欧姆接触的问题。采用本方法制备的石墨烯薄膜可以在导电性和透明度之间找到平衡，加强了机械强度。本专利技术提供一种，包括以下步骤:步骤1:提供含镓氮化物的衬底；步骤2:将所述衬底放进CVD设备反应腔室中，置于加热温场均匀的中心区域； 步骤3:向CVD反应腔室中的衬底通入保护性气体；步骤4:对CVD反应腔室进行加热；步骤5:开始加热后，向CVD反应腔室中通入反应气体；步骤6 =CVD反应腔室达到生长温度后，通入碳源，进行石墨烯薄膜生长:步骤7:生长完成后，停止通入碳源，停止加热；步骤8:向CVD反应腔室中持续通入保护性气体，待CVD反应腔室的温度降至室温后取出生长后的衬底，完成石墨烯薄膜的生长。本专利技术利用镓的催化作用能够在含镓氮化物上直接生长石墨烯薄膜，实现了无转移石墨烯，从而避免了石墨烯转移带来的一系列问题。本专利技术能够使石墨烯直接应用以实现其独特的性能，对实现石墨烯在器件方面的应用具有重要价值；本专利技术直接生长的另一大优点是与现有半导体技术兼容，对实现工业化生产意义重大。【专利附图】【附图说明】为进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:图1为本专利技术的制备流程图；图2为石墨烯薄膜的拉曼检测图；图3为石墨烯薄膜的又一拉曼检测图。【具体实施方式】请参阅图1所示，本专利技术提供一种，包括以下步骤:步骤I，提供含镓氮化物的衬底，所述衬底的材料包括GaN、AlGaN, InGaN或AlInGaN,所述GaN、AlGaN, InGaN或AlInGaN为η型掺杂、ρ型掺杂或本征材料，还可以是MOCVD技术生长LED全结构样品等。所提含镓氮化物衬底应表面平整，对衬底经行一定的清洗，保证衬底表面的清洁度。含镓氮化物应该超过一定厚度，因为在生长过程中，衬底最上层的部分在高温环境下，氢气气氛中分解，发生的典型反应如下:(ia\i 3/211, Ga+NHa;步骤2，将清洗干净的衬底放进CVD设备反应腔室中，置于加热温场均匀的中心区域-恒温区，该CVD反应腔室的压力为常压或者低压，压力范围为0.1Pa-L 01X105Pa。然后封闭CVD腔室，以达到反应是在密闭空间进行的目的；步骤3，持续向CVD反应腔室中的含镓氮化物衬底通入保护性气体，所述CVD反应腔室中的保护气体为惰性气体、NH3或者N2，或及其混合的气体，使用机械泵抽真空，然后关闭反应腔室和机械泵间阀门，待保护性气体充满反应腔室且至常压时调节反应腔室和机械泵间阀门至反应所需压力(常压生长直接在保护性气体充满反应腔室且至常压时打开阀门接入尾气处理系统)；步骤4，对CVD反应腔室以一定的加热速率进行持续加热，所述CVD反应腔室的加热方式为电炉加热或者辐射加热；步骤5，开始加热后，向CVD反应腔室中通入反应气体，该CVD反应腔室通入的反应气体是氢气或HCl，或及其混合的气体，所述CVD反应腔室中的反应气体是在生长温度和达到生长温度之前的任意时间通入，持续到生长结束和生长结束后的任意时间；氢气在反应过程中会使含镓氮化物分解产生Ga，生长时碳源分解，在镓的催化作用下，低温形成石墨烯结构。氢气、N2、HC1及其混合气体也可起到同样的作用，典型方程如下:【权利要求】1.一种，包括以下步骤: 步骤1:提供含镓氮化物的衬底； 步骤2:将所述衬底放进CVD设备反应腔室中，置于加热温场均匀的中心区域； 步骤3:向CVD反应腔室中的衬底通入保护性气体； 步骤4:对CVD反应腔室进行加热； 步骤5:开始加热后，向CVD反应腔室中通入反应气体； 步骤6 =CVD反应腔室达到生长温度后，通入碳源，进行石墨烯薄膜生长； 步骤7:生长完成后，停止通入碳源，停止加热； 步骤8:向CVD反应腔室中持续通入保护性气体，待CVD反应腔室的温度降至室温后取出生长后的衬底，完成石墨烯薄膜的生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在含镓氮化物上生长石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤：步骤1：提供含镓氮化物的衬底；步骤2：将所述衬底放进CVD设备反应腔室中，置于加热温场均匀的中心区域；步骤3：向CVD反应腔室中的衬底通入保护性气体；步骤4：对CVD反应腔室进行加热；步骤5：开始加热后，向CVD反应腔室中通入反应气体；步骤6：CVD反应腔室达到生长温度后，通入碳源，进行石墨烯薄膜生长；步骤7：生长完成后，停止通入碳源，停止加热；步骤8：向CVD反应腔室中持续通入保护性气体，待CVD反应腔室的温度降至室温后取出生长后的衬底，完成石墨烯薄膜的生长。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵云，王刚，孙连峰，魏同波，段瑞飞，伊晓燕，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：