[发明专利]基于Cu膜退火和Cl2反应的结构化石墨烯制备方法

权利要求书

1.一种基于Cu膜退火和Cl₂反应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℃-1150℃，通入流量为40sccm的C₃H₈，对衬底进行碳化4-8min，生长一层碳化层；

（4）对反应室升温至生长温度1150℃-1350℃，通入C₃H₈和SiH₄气体，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长时间为36-60min，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0.5-1μm厚的SiO₂掩膜层；

（6）在掩膜层表面涂一层光刻胶，并刻出与所需制作器件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，加热至700-1100℃；

（8）向石英管中通入Ar气和Cl₂气的混合气体，持续4-7min，使Cl₂与裸露的3C-SiC发生反应，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窗口之外的SiO₂；

（10）将去除SiO₂后的碳膜样片置于Cu膜上，再将它们一同置于Ar气中，在温度为900-1100℃下退火10-30分钟，使碳膜在窗口位置重构成石墨烯，再将Cu膜从石墨烯样片上取开。

2.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和Cl₂反应的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（4）中通入的SiH₄和C₃H₈，其流量分别为15-25sccm和30-50sccm。

3.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和Cl₂反应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Cu膜退火和Cl₂反应的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（8）通入的Ar气和Cl₂气，其流速分别为95-98sccm和5-2sccm。

5.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和Cl₂反应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。

6.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和Cl₂反应的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（10）退火时Ar气的流速为25-100sccm。

7.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和Cl₂反应的结构化石墨烯制备方法，其特征在于所述步骤（10）中的Cu膜厚度为250-300nm。