基于Ni膜退火的Si衬底图形化石墨烯制备方法

摘要

本发明公开了一种基于Ni膜退火的Si衬底图形化石墨烯制备方法，石墨烯在制成元器件前需要利用电子束刻蚀进行形状剪裁的问题。其实现步骤如下：(1)在Si衬底上先生长一层碳化层作为过渡，再在温度为1200℃-1350℃下生长3C-SiC薄膜；(2)在3C-SiC薄膜表面淀积一层SiO2，并在SiO2上刻出图形；(3)将裸露的3C-SiC在800-1000℃下与气态CCl4反应，生成碳膜；(4)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中去除剩余的SiO2；(5)在碳膜上利用电子束沉积一层300-500nm厚的Ni膜，并将沉积有Ni膜的样片置于Ar气中，在温度为900-1100℃下退火15-25min，以在图形位置处生成图形化石墨烯。本发明制备的图形化石墨烯电子迁移率稳定，连续性好，且不用进行刻蚀，可直接用于制做基础元器件。

主权项

一种基于Ni膜退火的Si衬底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保护的情况下，使反应室逐步升温至1000℃‑1200℃，通入流量为35ml/min的C3H8，对衬底进行碳化4‑8min，生长一层碳化层；（4）对反应室加温至生长温度1200℃‑1350℃，通入C3H8和SiH4，进行3C‑SiC薄膜异质外延生长，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淀积一层0.4‑1.2μm厚的SiO2，作为掩膜；（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，并连接好各个装置，再对石英管加热至800‑1000℃；（8）对装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60‑80℃，再向三口烧瓶中通入流速为40‑80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的3C‑SiC反应30‑120min,生成碳膜；（9）将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除图形以外的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20‑100ml/min的Ar气中，在温度为900‑1100℃下退火15‑25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，获得图形化石墨烯材料。