一种利用金属辅助在6H/4H‑SiC碳面上外延生长石墨烯的方法与流程

文档序号:11147567阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,包括步骤如下:

(1)将6H/4H-SiC晶片碳面进行抛光、切割、清洗,得厚度为300~400μm的6H/4H-SiC晶片;

(2)将步骤(1)处理后的6H/4H-SiC晶片置于CVD炉腔中,碳面朝上,炉腔中真空度为1~3×10-4Pa,快速升温至1200~1300℃,保温5~20min;

(3)向反应腔内通入高纯氩气和高纯氢气,压力控制在100-800mbar,然后升温至1550~1750℃,对6H/4H-SiC晶片的SiC衬底进行氢刻蚀10~60min,降温到室温,得氢刻蚀后的SiC衬底;

(4)将氢刻蚀后的SiC衬底碳面沉积一层厚度为5nm~200nm的可以溶碳和析碳的金属,得6H/4H-SiC晶片/金属复合衬底;

(5)将步骤(4)得到的6H/4H-SiC晶片/金属复合衬底置于CVD快速生长炉中,碳面朝上;炉腔中真空度为1~3×10-4Pa,快速升温至1200~1300℃,保温1~5in;通入高纯氩气,压力控制在600~800mbar,然后升温至1650~1850℃,保温10~30min进行生长石墨烯;

生长完成后,继续通氩气,快速降温至800~900℃,然后自然降温到室温,在6H/4H-SiC晶片与金属夹层中生长出石墨烯,得到生长出石墨烯的6H/4H-SiC晶片/金属复合衬底;

(6)将步骤(5)生长出石墨烯的6H/4H-SiC晶片/金属复合衬底,放入FeCl3与盐酸或硝酸混合溶液中,搅拌除去6H/4H-SiC表面的金属;然后依次用水、酒精进行清洗,干燥,即得。

2.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(1)6H/4H-SiC晶片直径为2~4英寸,抛光、切割要求:使碳面表面粗糙度小于等于0.3nm,不平整度小于等于15μm。

3.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(2),炉腔中真空度为10-4Pa,升温至1250~1280℃,升温速率为300~900℃/min。

4.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(3),高纯氩气、高氢气的通入流量分别为10~100sccm、10~100sccm,高纯氩气、高纯H2为5N以上的高纯氩气、高纯H2;升温速率为300~900℃/min,氢刻蚀时间优选20~50min,氢刻蚀完成后在氩气和氢气气氛下降温。

5.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(4),采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式进行沉积金属,沉积厚度优选为20~100nm。

6.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,所述的金属为铁、钴或镍,优选的,所述的金属为镍。

7.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(5),炉腔中真空度优选为10-4Pa,升温至1250~1280℃,升温速率为300~900℃/min。

8.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(5),高纯氩气通入流量为10~100sccm,通入高纯氩气后压力控制在600~700mbar,升温至1700~1800℃,升温速率为10~60℃/min;生长完成后,氩气通入流量为10~100sccm,压力控制在600~800mbar,快速降温至850~900℃,降温速率为600~900℃/min。

9.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(6),FeCl3与盐酸或硝酸的混合溶液,FeCl3与盐酸或硝酸的体积比为1:1,FeCl3浓度是1mol/L。

10.根据权利1所述的利用金属辅助在6H/4H-SiC碳面上外延生长石墨烯的方法,其特征在于,步骤(6),所述的干燥采用氮气枪吹干。

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