[發明專利]基于Ni膜退火向SiC注Si的石墨烯納米帶制備方法

有效

• 申請號: 201210151879.0
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102683183A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 郭輝;張克基;張玉明;張鳳祁;趙艷黎;雷天民
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;B82Y10/00;C23C14/48;C23C14/30;C23C14/58
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體薄膜材料及其制備方法，具體地說是基于Ni膜退火向SiC注Si的石墨烯納米帶制備方法。

技術背景

石墨烯出現在實驗室中是在2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。從這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，但使用最多的主要有以下兩種：

1、現有的石墨烯的制備方法，如申請號為200810113596.0的“化學氣相沉積法制備石墨烯的方法”專利，公開的方法是：首先制備催化劑，然后進行高溫化學氣相沉積，將帶有催化劑的襯底放入無氧反應器中，使襯底達到500-1200℃，再通入含碳氣源進行化學沉積而得到石墨烯，然后對石墨烯進行提純（即酸處理或低壓、高溫下蒸發）除去催化劑。該方法的主要缺點是：工藝復雜，需要專門去除催化劑，能源消耗大，生產成本高。

2、熱分解SiC法：將單晶SiC加熱以通過使表面上的SiC分解而除去Si，隨后殘留的碳形成石墨烯。然而，SiC熱分解時溫度較高，并且生長出來的石墨烯呈島狀分布，孔隙多，用這種石墨烯材料制作器件時由于光刻，干法刻蝕工藝會使石墨烯的電子遷移率降低，從而影響了器件性能。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于Ni膜退火向SiC注Si的石墨烯納米帶制備方法，以提高石墨烯納米帶表面的光滑度和連續性，并免除在后續制造器件過程中要對石墨烯進行刻蝕的工藝過程，保證石墨烯的電子遷移率穩定，提高器件性能。

為實現上述目的，本發明的制備方法包括以下步驟：

（1）對SiC樣片進行清洗，以去除表面污染物；

（2）在清洗后的SiC樣片中的指定區域，注入能量為15-30keV，劑量為5×10¹⁴~5×10¹⁷cm^-2的Si離子；

（3）將注入Si離子后的SiC樣片放入壓強為0.5~1×10^-6Torr的外延爐中，并向其中通入Ar氣，再加熱至1200-1300℃，保持恒溫時間為30-90min，使指定區域的SiC熱解生成碳膜；

（4）在Si襯底樣片上采用電子束沉積350-600nm厚的Ni膜；

（5）將生成的碳膜樣片置于Ni膜上，再將它們一同置于外延爐中，并向其中通入Ar氣，在溫度為900-1200℃下退火10-20分鐘，使碳膜依附在Ni膜上重構成石墨烯納米帶，最后從石墨烯納米帶樣片上取開Ni膜。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1.本發明由于在SiC樣片上選取與所需要制作的器件的襯底形狀相同的區域注入了Si離子，使得此區域的SiC熱解溫度降低，從而制備出石墨烯納米帶，在此石墨烯納米帶上制作器件時無需對石墨烯進行刻蝕，因而石墨烯中的電子遷移率不會降低，保證了制作的器件性能。

2.本發明由于利用在Ni膜上退火，因而制備的石墨烯納米帶表面光滑，連續性好。

3.本發明使用的方法工藝簡單，節約能源，安全性高。

附圖說明

圖1是本發明制備石墨烯的流程圖。

具體實施方式

參照圖1，本發明的制作方法給出如下三種實施例。

實施例1

步驟1:清洗6H-SiC樣片，以去除表面污染物。

（1.1）對6H-SiC襯底基片使用NH₄OH+H₂O₂試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除樣品表面有機殘余物；

（1.2）將去除表面有機殘余物后的6H-SiC樣片再使用HCl+H₂O₂試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除離子污染物。

步驟2：對6H-SiC樣片的指定區域進行Si離子注入。

在清洗后的6H-SiC樣片上選取與所需要制作的器件的襯底形狀相同的區域作為注入區，然后在此注入區中注入能量為15keV，劑量為5×10¹⁴cm^-2的Si離子。

步驟3：6H-SiC熱解生成碳膜。