[发明专利]一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法

权利要求书

1.一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）选择一基材，基材厚度为25um-200um，在基材表面上沉积至少一层金属薄膜作为催化金属层，沉积厚度为100-500nm；

2）将沉积在基材上的催化金属层转入化学气相沉积反应炉中，抽真空，基材升温至1000-1200⁰C，然后通入至少一种碳基气态反应物和载气的混合气体以及惰性气体，形成等离子体，使其中至少一种碳基气态反应物在高温下藉由金属催化剂分解，进而产生含碳的带电离子或原子及其活性基团；

3）存在一个电场，电场方向垂直于基材平面，电场提供足够的能量使带电的碳基气态离子团对基材进行轰击，使碳元素溶于催化金属层内；

4）降低基材温度至600-1000⁰C，催化金属层对碳的溶解度随着温度下降而降低，使碳元素过饱和析出至金属表面，并在催化金属层表面形成石墨稀薄膜；

5）维持基材温度在800⁰C以上，降低基材表面的垂直电场强度，使碳基气态离子团沿电场方向垂直基材外延生长，在催化金属层表面形成直立式石墨烯；

6）提升反应炉温度至1000-1200⁰C，利用氩气、氢气、氨气电浆后续处理，去蚀刻掉sp2和sp3混合的非晶质碳膜，提升石墨烯的质量。

2.根据权利要求1所述的一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于：在步骤1）中，所述基材选择硅半导体或金属材料作为基材；所述衬底采用铁、钴、镍中的一种或多种元素混合的组合。

3.根据权利要求1所述的一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于：在步骤3）中，所述碳基气态反应物为甲烷、乙烯、乙炔中的一种或多种的混合气体；所述载气为氢气、氨气、氮气中的一种或多种的混合气体；所述惰性气体为氮气和氩气中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。

5.根据权利要求1所述的一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于：在步骤3）中，保持碳基气态反应物与载气的气体流量比例在1:1-8范围内。

6.根据权利要求1所述的一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于：在步骤3）中，所述电场强度为70-150V/cm。

7.根据权利要求1所述的一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于：在步骤5）中，所述电场强度为10-70V/cm。