[发明专利]一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法，其是在碳化硅衬底上通过化学气相沉积进行石墨烯材料的生长，以氢气和氩气作为载气，通入气态碳源、氮气和气态乙醇，在1400‑1800℃、500‑1000mbar压力下生长1‑100min，制得所述高迁移率碳化硅基石墨烯材料。本发明方法制得的石墨烯材料表面褶皱密度低，载流子迁移率高，方块电阻不均匀性低。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法。

背景技术

迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，迁移率越大，载流子运动越快，半导体材料的导电率也就越高。

石墨烯是由碳原子构成的二维六边形结构，可广泛应用于纳米电子器件、超高速计算机芯片、高效率能量储存、固态气敏传感器、场发射材料和微电子集成等多种领域。石墨烯的制备方法很多，其中化学气相沉积(CVD)法是制备石墨烯的一种重要手段。CVD制备过程中，由于石墨烯的形核密度不易控制，制备的石墨烯的晶粒尺寸通常在几百纳米到几百微米之间，而且，石墨烯在形核和生长过程中容易产生缺陷，这些都极大了影响了迁移率和导电性。如中国专利申请107500278A公开了一种制备低褶皱密度石墨烯材料的生长方法，通过调节生长过程中气态碳源的流量等，虽然能将材料表面褶皱密度降低至0.1个/μm²，但其迁移率仍然较低，仅能达到5000cm²/V·s左右。

发明内容

针对现有技术CVD制备石墨烯迁移率较低等问题，本发明提供一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法，其是在碳化硅衬底上通过化学气相沉积进行石墨烯材料的生长，以氢气和氩气作为载气，通入气态碳源、氮气和气态乙醇，在1400-1800℃、500-1000mbar压力下生长1-100min，制得所述高迁移率碳化硅基石墨烯材料。

优选地，所述绝缘衬底经清洗干燥后放入化学气相沉积设备中，抽真空至≤10^-4mbar。

优选地，所述绝缘衬底的清洗干燥方法为：绝缘衬底分别用浓硫酸、王水和氢氟酸溶液加热清洗，去离子水冲洗，氮气枪吹干后放在防尘装置内，在烘箱中干燥。

优选地，将真空环境升温至500-1100℃，以去除衬底表面吸附气体。

优选地，氩气流量为1-20L/min，氢气流量为1-20L/min。

优选地，所述气态碳源为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔或丙烷，其流量为0.001-0.2L/min。

优选地，气态碳源和氢气的流量之比为0.01％-1％。

优选地，氮气的流量为0.05-1L/min。

优选地，气态乙醇的流量为0.001-1L/min

优选地，生长过程结束后，停止氢气、气态碳源和氮气，继续通入氩气，保持压力不变，在氩气环境下降至室温。

本发明在石墨烯生长过程中，通入气态乙醇，高温下分解为碳氢化合物和水，和所述气态碳源互相作用，影响气态碳源分解速率，控制石墨烯形核密度，调节石墨烯材料生长整体一致性，能够有效降低材料表面褶皱密度，避免形核和生长过程中空穴等缺陷的产生，提高载流子迁移率，从而提高石墨烯材料的晶体质量和电学特性。本发明在碳化硅衬底上CVD法生长的石墨烯材料为单层P型掺杂石墨烯，具有无需衬底转移、晶体质量好、电学特性优良且易与Si基半导体工艺相结合的优点。

具体实施方式