[發(fā)明專利]藍(lán)寶石襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210408221.3
• 申請(qǐng)日: 2012-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102931078A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧?kù)o;王東;韓碭;閆景東;柴正;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/324
• 分類號(hào): H01L21/324;C23C16/56;C23C16/26
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及石墨烯轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體襯底的退火方法，特別是一種基于藍(lán)寶石(Al2O3)襯底的退火方法，可通過(guò)轉(zhuǎn)移到襯底后的退火改變石墨烯材料的性質(zhì)。

背景技術(shù)

石墨烯作為一種新興的二維材料，一出現(xiàn)就引起了廣泛的興趣關(guān)注，在眾多奇特的性質(zhì)中，石墨烯的遷移率在室溫下可以達(dá)到200000cm-2v-ls-1，石墨烯之所以具有這樣高的遷移率，是由它獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)所造成的——理論上石墨烯的載流子有效質(zhì)量為零。正是因?yàn)槭┚哂羞@么優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，所以被認(rèn)為具備制作高速高頻器件的巨大潛力。

目前制備石墨烯的方法主要有三種：微機(jī)械剝離法、熱解SiC法以及過(guò)渡族金屬襯底CVD生長(zhǎng)法，其中金屬襯底CVD生長(zhǎng)法被認(rèn)為是大量經(jīng)濟(jì)的制作器件的最有前景的方案。通常，CVD外延生長(zhǎng)是以Cu作為襯底材料，所以為了后續(xù)制作器件，首先必須把Cu襯底表面附著的石墨烯轉(zhuǎn)移到絕緣襯底上。常用的襯底有高純Si、二氧化硅、藍(lán)寶石等等。藍(lán)寶石襯底是常用于異質(zhì)外延生長(zhǎng)的襯底，GaN等III-V寬禁帶半導(dǎo)體與藍(lán)寶石襯底失配較小，常以藍(lán)寶石襯底為基外延生長(zhǎng)，同時(shí)c面藍(lán)寶石的表面為六方結(jié)構(gòu)，與二維石墨烯的結(jié)構(gòu)相似。把石墨烯轉(zhuǎn)移至藍(lán)寶石襯底上，為與藍(lán)寶石襯底上GaN材料集成制作高頻高功率器件提供可能。另外，藍(lán)寶石襯底對(duì)石墨烯的表面聲子散射效應(yīng)較小可以盡量消除對(duì)石墨烯的不利影響。

然而，使用常規(guī)轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移到普通襯底上的石墨烯缺陷多接觸差，難以對(duì)石墨烯形成有效的影響，因此急需發(fā)明一種合適的轉(zhuǎn)移后處理方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于使用合適的退火方法處理藍(lán)寶石襯底對(duì)石墨烯的影響，優(yōu)化石墨烯在藍(lán)寶石襯底上附著時(shí)的電學(xué)性質(zhì)，提供一種改善襯底接觸的轉(zhuǎn)移后退火方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)關(guān)鍵是：采用低溫退火的方式，修復(fù)襯底轉(zhuǎn)移過(guò)程中產(chǎn)生的石墨烯缺陷，進(jìn)一步去除轉(zhuǎn)移過(guò)程中沒(méi)能去除或是新引進(jìn)的雜質(zhì)。同時(shí)，低溫退火還可以使襯底與石墨烯接觸得到改善。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

2、將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H₂，對(duì)銅箔進(jìn)行處理，流量1～20sccm，溫度900～1000℃，時(shí)間20～60min，氣壓1～50Torr；

3、向反應(yīng)室通入Ar和CH₄，保持Ar和CH₄的流量比為10∶1～2∶1，Ar流量20～200sccm，CH₄流量1～20sccm，氣壓維持在0.1～1Torr，溫度900～1100℃，升溫和保持時(shí)間共20～60min；

(3)在0.05g/ml-0.15g/ml的Fe(NO₄)₃水溶液中浸泡30-60min，使用藍(lán)寶石襯底打撈起來(lái)，在空氣中加熱60min，溫度保持在150-200℃；

(4)放入丙酮中浸泡24小時(shí)徹底去除殘留的PMMA；

(5)分別用無(wú)水乙醇和去離子水漂洗，高純N₂吹干；

(6)反應(yīng)室抽真空，再通入Ar氣，氣壓0.01-0.1Torr，溫度上升到100-200℃，保持30-40min；

(7)再通入Ar和H₂的混合氣，混合比例為10∶1～1∶1，氣壓維持在0.01-0.1Torr，退火溫度為200-600℃，退火時(shí)間1-2h。

用上述退火方法得到的轉(zhuǎn)移石墨烯樣品其特征在于：最終使轉(zhuǎn)移石墨烯表面更潔凈，缺陷更少，石墨烯平整，且與藍(lán)寶石襯底接觸更好。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.由于采用在H2氣氣氛中較低溫度退火，有效的去除石墨烯表面吸附的水分子和其他雜質(zhì)分子。

2.由于采用200-600℃的低退火溫度，修復(fù)轉(zhuǎn)移過(guò)程中形成的石墨烯缺陷，消除藍(lán)寶石對(duì)石墨烯電學(xué)性質(zhì)的不利影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的藍(lán)寶石襯底上石墨烯退火流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明給出如下實(shí)施例：

實(shí)施例1：

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，高溫處理銅箔。

將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H₂，對(duì)銅箔進(jìn)行處理，流量5sccm，溫度900℃，時(shí)間60min，氣壓15Torr。

步驟2，CVD成長(zhǎng)石墨烯。