基于3C-SiC与氯气反应的Ni膜退火图形化石墨烯制备方法

摘要

本发明公开了一种基于3C-SiC与氯气反应的Ni膜退火图形化石墨烯制备方法，主要解决用现有技术制作的石墨烯作为晶体管沟道材料进行光刻工艺时会引起损伤，导致电子迁移率下降的问题。其实现步骤是：(1)在Si衬底上生长碳化层作为过渡层；(2)在碳化层上生长3C-SiC薄膜；(3)在3C-SiC薄膜表面淀积SiO₂，并在SiO₂上刻出图形；(4)将图形化的样片与Cl₂反应，生成碳膜；(5)除去图形之外的SiO₂；(6)用电子束在碳膜上沉积一层Ni膜；(7)将沉积有Ni膜的样片置于Ar气中，退火15-30min，使碳膜在图形位置重构成图形化石墨烯。本发明工艺简单，安全性高，在此石墨烯上制作晶体管时无需进行光刻即可直接用作导电沟道，可用于制造具有超高迁移率的石墨烯晶体管。

主权项

一种基于3C‑SiC与氯气反应的Ni膜退火图形化石墨烯制备方法，包括以下步骤：(1)对4‑12英寸的Si衬底基片进行标准清洗；(2)将清洗后的Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^‑7mbar级别；(3)在H₂保护下，使反应室逐步升温至碳化温度900℃‑1200℃，通入流量为30sccm的C₃H₈，对衬底进行碳化5‑10min，生长一层碳化层；(4)对反应室升温至1200℃‑1300℃，通入C₃H₈和SiH₄，进行3C‑SiC薄膜异质外延生长，生长时间为30‑60min，然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C‑SiC薄膜的生长；(5)在生长好的3C‑SiC薄膜表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法，淀积一层0.4‑1.2μm厚的SiO₂掩膜层；(6)在SiO₂掩膜表面涂一层光刻胶，再在掩膜上刻出与所需制作的器件的衬底形状相同的窗口，露出3C‑SiC，形成与窗口形状相同的图形；(7)将图形化的样片置于石英管中，加热至700‑1100℃；(8)向石英管中通入Ar和Cl₂的混合气体，持续3‑5min，使Cl₂与裸露的3C‑SiC发生反应，生成单层碳膜；(9)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除图形之外的SiO₂；(10)在碳膜上利用电子束沉积一层300‑500nm厚的Ni膜；(11)将沉积有Ni膜的样片置于流速为30‑90sccm的Ar中，在温度为900‑1100℃下退火15‑30分钟，使碳膜在图形位置重构成图形化石墨烯；(12)将生成的图形化石墨烯的样片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜，获得石墨烯材料。