[发明专利]一种制备半导体石墨晶圆的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种制备硼或氮掺杂半导体石墨晶圆的方法，采用旋涂含有硼或氮的氧化石墨烯乙醇溶液在含有氧化硅的硅晶圆表面后加热还原的方法进行制备半导体石墨晶圆。将硼、氮掺杂的石墨晶圆作为沟道利用光刻法制备成硼掺杂石墨场效应管进行电学表征，发现硼、氮掺杂的石墨晶圆分别是P、N型半导体材料。本发明制备方法简单、可以制备大面积半导体石墨晶圆、易于规模化连续化生产，是一种具有高的载流子迁移率的半导体石墨晶圆材料，可广泛应用电子器件、传感器、射频芯片、逻辑芯片等领域。

技术领域

本发明涉及一种半导体石墨晶圆的制备方法，尤其涉及一种硼、氮掺杂半导体石墨晶圆 的制备方法及其应用。

背景技术

随着现代社会的进步和发展，半导体产业一方面顺承智能终端，物联网，5G通信，智 能家居和汽车电子等新兴领域的“全球制造重任”，占据大部分高弹性增量市场；另一方面 超过2700亿美元的年进口产品替代空间，其他电子产品难以比拟。石墨烯材料具有极为优 异的载流子迁移率，高透明，高柔性等特点，有望在半导体领域中起到重要的作用。但是制 备大尺寸石墨烯材料极为困难，例如：采用微机械剥离高定向热解石墨法，化学气相沉积法， 氧化石墨烯法等，均较难得到具有优异性质的大尺寸石墨烯。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种简单、可控地制备半导体石墨晶圆 的方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种制备半导体石墨晶圆的方法，将含硼或氮的氧化石墨烯配制成浓度0.05-10mg/ml 的乙醇溶液，然后采用匀胶机以300-6000rpm的转速旋涂于含有氧化硅的硅晶圆表面，干 燥后置入气氛炉中，于200-500℃的温度下恒温热处理5-60分钟，得到半导体石墨晶圆。

优选的，所述含硼的氧化石墨烯的硼含量为0.05-10％，更优选为0.1-2％。

优选的，所述含氮的氧化石墨烯的氮含量为0.1-12％，更优选为0.2-3％。

优选的，所述乙醇溶液中含硼或氮的氧化石墨烯的浓度为0.5-2mg/ml。

优选的，所述匀胶机的转速在3000-6000rpm之间。

优选的，所述热处理的温度为300-450℃。

优选的，所述热处理的恒温时间为10-30分钟。

优选的，所述气氛炉的气氛为氢气、氩气、氮气中的一种。

优选的，所述含有氧化硅的硅晶圆包括硅衬底和二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘 层的厚度为30-500nm。

上述方法制备的半导体石墨晶圆在场效应管的应用。

本发明的有益效果在于：

含有硼或氮的氧化石墨烯乙醇溶液利用旋涂法在不同尺寸的含有二氧化硅绝缘层的硅 晶圆表面涂覆得到含有硼或氮的氧化石墨烯涂层，氧化石墨烯涂层在管式炉内加热除去氧、 氢、硫等原子，得到热还原氧化石墨烯涂层即掺杂硼或氮的石墨涂层，将石墨涂层利用光刻、 磁控溅射等工艺制备成场效应管，得到具有高载流子迁移率的半导体石墨芯片。

相比于现有技术，本发明具有如下的特别效果：

(1)旋涂含硼或氮氧化石墨烯后热还原的方法得到半导体石墨晶圆，是一种优异的半导 体石墨材料，可广泛应用电子原器件，集成电路，工业催化及航空航天等领域；(2)本发明 的制备方法较为简单，容易实现连续制备，具有成本低廉，易于规模化等特点。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，但本发明的技术范围并不限于这些实施例。

本发明按如下步骤进行：