[发明专利]一种P型半导体石墨烯的制备方法

说明书

本发明属于半导体制备领域，公开了一种P型半导体石墨烯的制备方法，本发明使用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备P型半导体石墨烯，由以下步骤组成：将清洗干净并烘干过的特定基底放在反应台面上；将反应气体和硼源与H2混合气依次通入反应室，控制反应条件，即可获得掺杂硼的P型半导体石墨烯。本发明使用MPCVD法制备P型半导体石墨烯，将硼源与部分氢气混合通入反应舱室中，使得硼源在舱室中分布更加均匀，在石墨烯上掺杂的均一性更易控制，从而获得更高品质的P型半导体石墨烯，且工艺更加环保，可实现大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，尤其涉及一种P型半导体石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维平面材料，它在力学、热学、电学、光学等方面都具有优异的性能。尤其在半导体应用领域，因为石墨烯在室温下的电子迁移率为15000cm2/(V·s)，电子迁移率是硅的10倍，且电阻率也非常低，只有10-6Ω·cm，同时单层石墨烯的透光率高达97.7％，因此在半导体制造领域中具有广泛的应用前景。但是，本征石墨烯的导带和价带在布里渊区中心呈锥形接触，为零带隙的半导体或半金属，这限制了石墨烯在半导体领域的应用和发展。晶格替换掺杂为最有效稳定的打开石墨烯带隙的方法，也是有希望被大规模使用的技术。

一般价电子多于碳原子的会产生n型掺杂，价电子少于碳原子会产生p型掺杂。而石墨烯的n型掺杂相对研究比较多，且技术发展较为成熟。相对于n型掺杂，p型掺杂的稳定性差，晶格替换掺杂的技术难度高，成为了研究的重点。微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法可以在较低的生长温度下，在不同衬底材料上制备不同性能的高质量石墨烯，且掺杂元素的浓度可控，工艺更加环保，因此在半导体制造领域中具有重要的应用。

中国专利号CN105016328B提出一种在碳化硅衬底上生长P型石墨烯的方法，其先在碳化硅表面吸附氮原子，然后在高温分解下，硅与氮原子形成共价键，并且碳原子析出形成石墨烯，同时部分的氮原子与碳原子形成共价键缓冲层，阻隔了硅原子向碳原子提供电子，并该缓冲层中的氮原子束缚住了石墨烯中的部分电子，使得外延石墨烯呈现P型导电特征。这种制备方法，需要在碳化硅基底上制备，形成的P型石墨烯不可转移，且通过与氮原子的吸附作用结合成键，热学稳定性差，P型石墨烯的空穴浓度不可控，难以大规模应用。

中国专利号CN108083267A提出电子掺杂双层石墨烯制备方法中，先通过化学气相沉积法制备大面积的双层石墨烯，然后通过热蒸发的技术在石墨烯表面再蒸镀一层三聚氰胺分子来调制石墨烯电学性质，并且通过三聚氰胺的厚度，调控石墨烯的P型导电的强弱。该方法中，使用的三聚氰胺是一种致癌物质，且在高温下容易分解产生有剧毒的氰化物气体，导致P型的双层石墨烯热稳定性极差。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有制备的P型半导体石墨烯的方法，获得的P型电学稳定性极差，空穴浓度不可控，掺杂均一性差，且制备过程中需要使用一些化学试剂，具有一定的环境污染危险。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种P型半导体石墨烯的制备方法。本发明使用MPCVD法制备P型半导体石墨烯，将硼源与部分氢气混合通入反应舱室中，使得硼源在舱室中分布更加均匀，在石墨烯上掺杂的均一性更易控制，从而获得更高品质的P型半导体石墨烯，且工艺更加环保，可实现大规模工业化应用。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种P型半导体石墨烯的制备方法，所述的P型半导体石墨烯的制备方法由以下步骤组成：

S01：将清洗干净并烘干过的特定基底放在反应台面上，然后抽真空，并通入Ar气保护气体；