[發(fā)明專利]一種通過控制襯底上的石墨烯成核位點生長石墨烯的方法

無效

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• 申請日: 2014-04-19
• 公開（公告）號: CN103928305A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 周鵬;楊松波;沈于蘭
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;C01B31/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于碳基集成電路制造技術領域，具體涉及一種在襯底上生長石墨烯的方法。

背景技術

隨著第一塊集成電路的發(fā)明，集成電路和半導體行業(yè)經(jīng)歷了快速的發(fā)展，而且越來也發(fā)揮其重要的作用，推動著科學技術的快速發(fā)展。然而，摩爾定律的不斷延展與縱深使得硅基集成電路器件尺寸距離其物理極限越來越近。隨著，一種新型半導體材料——石墨烯（Graphene）的發(fā)現(xiàn)，給未來半導體行業(yè)帶來無限發(fā)展的可能。石墨烯（Graphene）是由單層六角元胞碳原子組成的蜂窩狀二維晶體，圖1所示為石墨烯的基本結(jié)構示意圖。石墨烯具有遠比硅高的載流子遷移率，石墨烯具有室溫下高速的電子遷移率200?000?cm2∕V·s、量子霍爾效應、高的理論比表面積2600?m2/g、還具有高熱導率3000?W/m·K和出色的力學性能(高模量?1060GPa，高強度?130GPa)，被認為在單分子探測器、集成電路、場效應晶體管等量子器件、功能性復合材料、儲能材料、催化劑載體等方面有廣泛的應用前景。基于石墨烯獨特的二維結(jié)構和物理特性，石墨烯被認為是下一代集成電路中有望延續(xù)摩爾定律的重要材料。

對于石墨烯發(fā)現(xiàn)之初，能難生長和制作出大面積的石墨烯。自低壓化學氣相沉積的方法以來，利用甲烷和氫氣在高溫下可以在銅片上生長石墨烯，這種方法生長石墨烯比較簡單，生長出石墨烯的面積大。可在生長過程中，銅襯底上的石墨烯成核位點不可控，在銅上有的地方有成核位點，有的地方?jīng)]有成核位點，這樣生長的石墨烯不連續(xù)，形狀非常奇怪，面積也很難變得很大。對于在銅上生長的石墨烯，如需制造石墨烯器件，還需將銅上石墨烯轉(zhuǎn)移到絕緣體襯底上。

本發(fā)明在于在金屬或絕緣體襯底上，利用控制和制造石墨烯成核位點，直接生長石墨烯。即可在銅襯底上，也可以在二氧化硅絕緣體制造生產(chǎn)石墨烯成核位點。如需制作石墨烯器件，可以直接在絕緣體襯底上生長特定形狀和尺寸的石墨烯。在生長石墨烯之前，需要設計和制造好需要的掩模板，通過物理氣相沉積在襯底上淀積銅或者其他材料作為石墨烯成核位點，有了特定的成核位點，石墨烯就會在這些成核位點的地方生長，從一小塊到一大塊，由于設計的成核位點足夠多，而且特定形狀，這些生長的石墨烯會連成一塊，生長在一起，這樣就可以在金屬或絕緣體襯底上生長出特出特定形狀的連續(xù)的石墨烯。通過這種方法可以實現(xiàn)生長大面積和特定形狀的石墨烯，如需制備器件，可以直接在絕緣體襯底上生長石墨烯。這是一種有效和新穎的方法，將進一步推動碳基集成電路的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種可控制的石墨烯生長的方法，這種石墨烯的生長方法可以在金屬和絕緣體襯底上生長特定形狀連續(xù)的大面積石墨烯，有利用研究和制備石墨烯器件。

本發(fā)明提出的可控制的生長石墨烯的方法，是在金屬或絕緣體襯底上，通過控制和制造石墨烯成核位點，直接生長石墨烯，具體步驟為：

（1）提供銅或二氧化硅襯底；

（2）提供設計好的特定形狀的掩模板，用以控制襯底上的石墨烯成核位點；

（3）利用掩模板，采用物理氣相沉積在襯底上淀積銅，作為石墨烯成核位點；

（4）利用低壓化學氣相沉積在有成核位點的襯底上生長石墨烯。

進一步地，所述的提供銅或二氧化硅襯底應十分平整和光滑，表面經(jīng)過拋光處理。之后要對樣品進行清洗，去除樣品表面的雜質(zhì)，顆粒，殘留試劑等，使襯底十分干凈，平整光滑，沒有玷污。接著在襯底上制備特定的石墨烯成核位點，最后生長出所需要的石墨烯。

本發(fā)明中，通過在襯底上控制石墨烯成核位點，生長特定形狀的石墨烯。

本發(fā)明中，通過設計掩模板，控制襯底上的石墨烯成核位點。

本發(fā)明是利用在襯底制備出可控制的石墨烯成核位點，然后再襯底上生長出所需要的特定形狀的連續(xù)的石墨烯。由于在不經(jīng)過處理的銅片上直接生長石墨烯，其石墨烯成核位點不好控制，隨機出現(xiàn)。因而本發(fā)明通過一些處理，在襯底上淀積出石墨烯成核位點來直接控制石墨烯的生長，在哪些區(qū)域生長和生長出什么形狀的石墨烯，來達到生長出的石墨烯直接達到所需的要求。這種方法簡單方便可靠，可以在許多金屬和絕緣體襯底上生長特定形狀的連續(xù)的石墨烯。該方法可以作為制備石墨烯的一種基本方法。

附圖說明

圖1為石墨烯基本結(jié)構示意圖。

圖2至圖4為本發(fā)明提供的生長石墨烯過程示意圖。

圖5為本發(fā)明操作流程圖。

具體實施方式