基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法

摘要

本发明公开了一种基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法，主要解决现有技术工序复杂和有效面积小的问题。其实现步骤如下：（1）将圆片级衬底放入MOCVD生长室，并向反应室通入H₂，对衬底表面进行预处理；（2）向反应室通入过渡族金属有机源五戊铜或二茂镍，原位淀积金属薄膜；（3）向反应室通入H₂，对步骤（2）中淀积的金属薄膜进行原位退火；（4）向反应室通入Ar和CH₄，使C原子溶解于金属薄膜中或吸附于金属薄膜的表面上；（5）向反应室通入BH₃或NH₃，使得B或N原子溶解于金属薄膜中；（6）自然降温到100℃以下，使C原子从金属薄膜中偏析出来，形成石墨烯薄膜。本发明工艺简单，生长的石墨烯有效面积大，可用于石墨烯器件的制造。

主权项

一种基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法，包括如下步骤：（1）将圆片级的衬底放入MOCVD生长室，向反应室通入H₂进行衬底表面预处理，其工艺条件为：气体流量1～20sccm，反应室真空度0.1～1Torr，衬底温度900～1000℃，预处理时间1～10min；（2）向反应室通入五戊铜，原位淀积过渡族金属薄膜1～5μm，其工艺条件为：反应室气压0.1～5Torr，五戊铜流量100～1000sccm，衬底温度100～700℃，时间1～5h；（3）向反应室通入H₂，对淀积的金属薄膜进行原位退火，其工艺条件为：H₂流量1～20sccm，温度900～1000℃，时间20～60min，气压1～50Torr；（4）向反应室通入Ar和CH₄，并进行升温，在1000～1100℃的高温下，使CH₄分解为C原子，并溶解于金属薄膜中或吸附于金属薄膜的表面，其工艺条件为：Ar流量20～200sccm，CH₄流量1～20sccm，反应室气压0.1～1Torr，升温和保持时间共20～60min；（5）维持步骤（4）中的工艺条件不变，再向反应室通入流量为0.1～5sccm的BH₃，使B原子溶解于金属薄膜中或吸附于金属薄膜的表面；（6）保持步骤（4）中的Ar和CH₄流量不变，将反应室自然降温到100℃以下，使C原子从金属薄膜中偏析出来，形成石墨烯薄膜。