[發明專利]基于Ni膜退火和氯氣反應的大面積石墨烯制備方法

無效

• 申請號: 201310078983.6
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103183338A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 郭輝;張豐;張玉明;韋超;雷天民
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于Ni膜退火和氯氣反應的大面積石墨烯制備方法，包括以下步驟：

（1）依次用氨水和雙氧水的混合溶液、鹽酸和雙氧水的混合溶液對4英寸～12英寸的Si襯底進行清洗；

（2）將清洗后的Si襯底放入CVD系統反應室中，對反應室抽真空達到10^-7mbar級別；

（3）在H₂保護的情況下逐步升溫至碳化溫度900℃～1200℃，通入流量為30ml/min的C₃H₈，對襯底進行碳化5min～10min，生長一層碳化層；

（4）迅速升溫至3C-SiC生長溫度1200℃～1300℃，通入C₃H₈和SiH₄，進行3C-SiC異質外延薄膜的生長，時間為30min～60min，然后在H₂保護下逐步降溫至室溫，完成3C-SiC外延薄膜的生長；

（5）將生長好的3C-SiC樣片放入石墨烯生長設備中，打開加熱電源，加熱反應室至1600℃，對3C-SiC襯底進行氫刻蝕，以去除3C-SiC襯底表面的劃痕和缺陷；

（6）去除氫刻蝕步驟生成的化合物；

（7）調整石墨烯生長裝置的加熱源功率，將反應室溫度調整為700℃～1100℃，打開通氣閥門，向生長裝置中通入Ar氣和Cl₂并在混氣室中充分混合后，由氣體通道流入石英管反應室中，持續時間3min～5min，使Cl₂與3C-SiC反應，在3C-SiC表面生成碳膜；

（8）在生成的碳膜上采用電子束沉積300nm～500nm厚的Ni膜；

（9）將沉積有Ni膜的碳膜樣片再次放入石墨烯生長裝置中，升溫至800℃～1000℃，并通入Ar氣退火10min～30min，使Ni膜覆蓋下的碳膜重構成石墨烯，獲得石墨烯樣片；

（10）將石墨烯樣片置于HCl和CuSO₄溶液中以去除Ni膜，獲得4英寸～12英寸的大面積石墨烯材料。

2.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的大面積石墨烯制備方法，其特征在于步驟（4）所述的通入SiH₄和C₃H₈，其流量分別為20sccm～30sccm和40sccm～60sccm。

3.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火的Si襯底上大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟（5）中氫刻蝕的工藝參數為：H₂流量為70L/min～100L/min，刻蝕時間為30min～50min。

4.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火的Si襯底上大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟（6）中去除氫刻蝕生成的化合物，其主要步驟是：

（6a）完成氫刻蝕后，降溫至1000℃，通入流量為2L/min～4L/min的氫氣保持15分鐘；

（6b）降溫至850℃，通入流量為0.4ml/min～1.0ml/min的SiH₄，保持10分鐘；

（6c）停止通氣，升溫至1000℃，保持10分鐘；

（6d）升溫至1100℃，維持10分鐘。

5.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的大面積石墨烯制備方法，其特征在于步驟（7）所述的通入Ar氣和Cl₂氣，其流速分別為95sccm～98sccm和5sccm～2sccm。

6.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟（8）中電子束沉積的條件為基底到靶材的距離為50cm，反應室壓強為5×10^-4Pa，束流為40mA，蒸發時間為10-20min。

7.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟（9）退火時Ar氣的流速為30sccm～90sccm。