[发明专利]一种面内呈60°夹角的镍铜（111）孪晶薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及材料合成技术领域，具体是一种面内呈60°夹角的镍铜(111)孪晶薄膜及其制备方法，所述方法包括：S1、在蓝宝石基片的晶面Al₂O₃(0001)上沉积金属薄膜，得到依附在所述蓝宝石基片上的前躯镍铜薄膜；S2、将所述前躯镍铜薄膜放置在加热炉内，在氩气和氢气的混合气氛中进行退火处理，得到具有面外方向是(111)择优取向的镍铜孪晶薄膜，所述镍铜孪晶薄膜面内晶畴间呈60°夹角。本发明制备出的镍铜孪晶薄膜具有较强的催化性能，能够极大提高石墨烯的生长速度，降低批量化制备石墨烯单晶晶圆的成本。

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，特别涉及一种面内呈60°夹角的镍铜(111)孪晶薄膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯单晶具有优异的光电性能，未来在微电子领域具有巨大应用前景。目前，制备石墨烯单晶主要采用金属单晶或者金属铜镍单晶作为外延衬底生长石墨烯，而金属单晶的制备工艺复杂，成品率较低，制备成本较高，这就限制了石墨烯晶圆的批量化制备，铜镍孪晶薄膜虽然是多晶衬底但也具有平整的表面超强的催化能力可以作为生长石墨烯及其他二维材料的生长衬底，批量化制备石墨烯及其他晶圆级二维材料。

现有技术存在的石墨烯的生长衬底昂贵导致的石墨烯晶圆制备成本高的问题，是本领域技术人所亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种面内呈60°夹角的镍铜(111)孪晶薄膜及其制备方法，采用蓝宝石作为衬底制备镍铜孪晶薄膜，获得的镍铜(111)孪晶薄膜具有较强的催化性能，能够极大提高石墨烯的生长速度，降低批量化制备石墨烯单晶的成本。

为了解决上述问题，本发明提供一种面内呈60°夹角的镍铜(111)孪晶薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、在蓝宝石基片的晶面Al₂O₃(0001)上沉积金属薄膜，得到依附在所述蓝宝石基片上的前躯镍铜薄膜；

S2、将所述前躯镍铜薄膜放置在加热炉内，在氩气和氢气的混合气氛中进行退火处理，得到具有面外方向是(111)择优取向的镍铜孪晶薄膜，所述镍铜孪晶薄膜面内晶畴间呈60°夹角。

进一步地，所述S1步骤中，沉积过程中预设沉积厚度范围为20-2000nm。

进一步地，所述金属薄膜由镍原子和铜原子组成，所述镍原子占所述金属薄膜原子总数的0～30％。

进一步地，所述S1步骤还包括：

加热所述蓝宝石基片至预设沉积温度；

在加热所述蓝宝石基片的同时，按照预设沉积速率进行沉积，沉积得到依附在所述蓝宝石基片上的前躯镍铜薄膜。

进一步地，所述预设沉积温度范围为50℃～300℃，所述预设沉积速率范围为0.1nm/min～1000nm/min。

进一步地，所述S1步骤中，具体包括：同时沉积镍原子和铜原子，或者先沉积镍原子再沉积铜原子，再或者先沉积铜原子再沉积镍原子。

进一步地，所述S2步骤中，所述退火处理包括保温阶段、退火阶段和降温阶段。

进一步地，所述S2步骤中，具体包括：

在所述保温阶段中，保温温度范围为300℃～600℃，保温时间范围为10min～180min，第一升温速率范围为0.1℃/min～200℃/min；

在所述退火阶段中，退火温度范围为700℃～1100℃，退火时间范围为10min～180min，第二升温速率范围为0.1℃/min～200℃/min；

在所述降温阶段中，降温速率范围为0.01℃/min～200℃/min。