[发明专利]基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法

权利要求书

1.一种基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法，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碳化温度1000℃-1200℃，通入流量为30ml/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0.5-1μm厚的SiO₂，作为掩膜；

（6）在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，形成结构化图形；

（7）将开窗后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,生成双层碳膜；

（9）将生成的双层碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO₂；

（10）在另一Si样片上电子束沉积300-500nm厚的Ni膜；

（11）将去除SiO₂后的双层碳膜样片置于Ni膜上，再将它们一同置于Ar气中在温度为900-1100℃下退火15-25分钟，使双层碳膜在窗口位置重构成双层结构化石墨烯，再将Ni膜从双层结构化石墨烯样片上取开。

2.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（4）通入的SiH₄和C₃H₈，其流量分别为20-35ml/min和40-70ml/min。

3.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（5）中利用PECVD淀积SiO₂，其工艺条件为：

SiH₄、N₂O和N₂的流速分别为30sccm、60sccm和200sccm，

反应腔内压力为3.0Pa，

射频功率为100W，

淀积温度为150℃，

淀积时间为30-100min。

4.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（9）中缓冲氢氟酸溶液，是用比例为1:10的氢氟酸与水配制而成。

5.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（10）中的电子束沉积，其工艺条件为：

基底到靶材的距离为50cm，

反应室压强为5×10^-4Pa，

束流为40mA，

蒸发时间为10-20min。

6.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（11）退火时Ar气的流速为20-100ml/min。