一种基于原位Si气氛作用在大直径4H/6H-SiC硅面衬底外延生长石墨烯的方法

摘要

本发明涉及一种基于原位Si气氛作用在大直径4H/6H-SiC硅面衬底外延生长石墨烯的方法。该方法包括：4H/6H-SiC硅面抛光、清洗制成衬底晶片，放在单晶生长炉坩埚内的石墨托盘中心，在4H/6H-SiC衬底晶片的周边位置或托盘底部中心凹槽内放置0.1～1gSi粉或SiC粉；单晶生长炉抽真空，升温至1400～1700℃通入氩气和H₂对衬底表面进行氢刻蚀，形成规则的SiC台阶结构；氢刻蚀的同时完成Si粉的升华或者SiC粉的分解，使生长腔中形成具有Si气氛的混合气；关闭H₂继续通氩气，升温至1500～1800℃保温，关闭氩气停止加热，降至室温，完成石墨烯的生长。本发明方法获得的石墨烯表面形貌和均匀性得到改善，迁移率大幅度提升，有利于在电子领域的应用。

主权项

一种基于原位Si气氛作用在大直径4H/6H‑SiC硅面衬底外延生长石墨烯的方法，包括步骤如下：(1)将直径2‑4英寸的4H/6H‑SiC硅面抛光、清洗，使得硅面粗糙度小于0.3nm，平整度小于5μm，得到厚度为300μm～400μm的4H/6H‑SiC衬底；(2)在单晶生长炉的坩埚内设置石墨托盘，将步骤(1)的4H/6H‑SiC衬底晶片一片平放在石墨托盘中心位置，在4H/6H‑SiC衬底晶片的周边位置或托盘底部中心凹槽内放置0.1～1gSi粉或SiC粉；单晶生长炉抽真空度至(1～2)×10^‑7mbar，快速升温至1400～1700℃，升温速率10～50℃/min，通入高纯氩气和H₂，氩气流量10～100sccm，H₂流量10～100sccm，压力控制在800～900mbar，对衬底表面进行氢刻蚀，氢刻蚀时间30～80min，形成规则的SiC台阶结构，完成氢刻蚀过程；氢刻蚀过程中同时一并完成Si粉的升华或者SiC粉的分解，使生长腔中形成具有Si气氛的混合气；(3)关闭H₂，继续通入氩气，氩气流量10～100sccm，压力控制在800～900mbar，升温至1500～1800℃，升温速率10～50℃/min，保温30～80min，完成石墨烯的生长。