[發明專利]Ni金屬膜覆蓋Si3N4襯底生長濃度可控石墨烯材料的方法

有效

• 申請號: 201310472153.1
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103540907A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 劉慶彬;李佳;馮志紅;蔚翠;何澤召
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C16/26
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 米文智

技術領域

本發明涉及石墨烯的制造方法技術領域。

背景技術

石墨烯是由碳原子構成的二維六邊形結構，具有超高的電子遷移率和優良的導熱性，可廣泛應用于納米電子器件、超高速計算機芯片、高效率能量儲存、固態氣敏傳感器、場發射材料和微電子集成等多種領域。對石墨烯載流子濃度的調控，是實現石墨烯器件功能化的基礎之一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種Ni金屬膜覆蓋Si₃N₄襯底生長濃度可控石墨烯材料的方法，所述方法制造的石墨烯材料具有襯底來源廣泛，無需轉移襯底，成本低，摻雜濃度可控的優點，有助于推動石墨烯材料物理特性的研究以及材料的應用。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種Ni金屬膜覆蓋Si₃N₄襯底生長濃度可控石墨烯材料的方法，其特征在于包括以下步驟：

1）選擇基板襯底，在基板襯底的上表面外延生長Si₃N₄，形成由Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底；

2）對上述復合襯底進行清洗并烘干；

3）在烘干后的由Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底上表面生長Ni金屬膜，形成由Ni/Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底；

4）將由Ni/Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底放入到高溫合金爐中，在高溫下Ni原子與Si₃N₄中Si原子形成Ni₂Si合金，Si₃N₄表面剩余N原子出現不飽和鍵，N原子重構形成N-N鍵，在Si₃N₄表面形成富N結構，Ni金屬膜厚度與合金溫度決定了Si₃N₄襯底表面不飽和N原子數量；

5）對合金后的復合襯底使用刻蝕劑去除表層的Ni₂Si合金，將表面富N的由Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底按照步驟2）進行處理；

6）將步驟5）處理后的復合襯底放入到CVD設備中，加熱升溫，通入氬氣，氫氣和氣態碳源，在由Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底表面得到1-10層N型摻雜的片層石墨烯，形成濃度可控的石墨烯材料。

優選的，在步驟1）中，首先在基板襯底與Si₃N₄外延層之間，先外延一層插入層，形成由Si₃N₄/插入層/基板襯底構成的復合襯底，該插入層可以提高Si₃N₄外延層的平整度；插入層厚度在1nm到10000nm之間，可以為SiO₂、HfO₂、Y₂O₃或者Al₂O₃，然后依次按照步驟2）到步驟6）進行處理，最后在由Si₃N₄/插入層/基板襯底構成的復合襯底表面得到1-10層N型摻雜的片層石墨烯，形成濃度可控的石墨烯材料。

優選的，對最后形成的片層摻雜石墨烯進行圖形化處理，形成納米帶，方塊或者圓環圖形。

優選的，步驟1）為，選擇基板襯底，基板襯底可以為Si﹑GaAs﹑InP﹑GaN﹑SiC或者Sapphire材料，襯底類型可以為n型﹑p型或者半絕緣型，在基板襯底表面外延生長Si₃N₄，厚度在1nm到10000nm之間，形成由Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底。

優選的，步驟2）為，對由Si₃N₄/基板襯底構成的復合襯底使用去離子水沖洗，然后使用氮氣槍吹干后放在防塵裝置內，在烘箱中進行干燥。