[發明專利]一種催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜的方法

在審

• 申請號: 201710247244.3
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107215858A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 王兵;王蘊玉;劉志強;伊曉燕;王軍喜;王國宏;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;H01L33/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及石墨烯材料以及GaN基發光二極管，特別是指一種催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜的方法。

背景技術

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶體結構的一種新型碳納米材料，是構筑零維富勒烯、一維碳納米管、三維體相石墨等sp2雜化碳的基本結構單元。石墨烯可以用來制造納米電子器件，如單電子晶體管、高頻轉換晶體管，這可以加快計算機的微型化步驟，提高其運算速度。石墨烯還可以制造氣敏元件、液晶顯示材料、復合材料、儲氫材料、超導材料等。

當下在氮化鎵器件上的應用都局限于轉移的石墨烯，然而石墨烯制備和轉移技術不成熟，制約了其發展。轉移的石墨烯依靠范德華力結合，界面不可避免地有破洞、褶皺、污染等，影響半導體器件的性能。石墨烯與半導體器件接觸時費米能級需要對齊，將產生很大的接觸電勢差，導致大的接觸電阻，阻礙載流子有效注入。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于，克服已有技術存在的不足，提供一種催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜的方法，采用非接觸的銅箔作為催化劑，實現不同襯底上石墨烯的自生長。

(二)技術方案

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1：制備銅箔包覆；

S2：將銅箔包覆置于襯底的周圍，形成銅箔包覆和襯底的貼近式非接觸放置；

S3：在周圍置有銅箔包覆的襯底上形成石墨烯薄膜。

優選地，將所述銅箔包覆作為催化劑，采用化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜。

優選地，所述銅箔包覆和襯底的貼近方式為上層貼近或夾層包覆。

優選地，所述的銅箔包覆的厚度為0.1mm-5mm；所述銅箔包覆與襯底的距離為0.01-100cm。

優選地，所述石墨烯薄膜具有1-30層單原子石墨層。

優選地，所述襯底材料包括藍寶石、硅片、氮化鋁基板、碳化硅基板、 GaN基板或GaN基LED結構。

優選地，所述銅箔包覆材料包括金屬Cu或Ni、Ti、W金屬與Cu的合金材料。

優選地，所述銅箔包覆作為催化劑在高溫下變成銅蒸汽，可加速碳源分解。

優選地，步驟S3包括：

將具有銅箔包覆的襯底置于CVD反應室中，通入保護氣體；

升高溫度，通入氫氣，同時通入碳源前驅體，進行反應；

切斷碳源前驅體和氫氣，降為室溫。

一種催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜，通過上述任一項所述的制備方法制備形成。

(三)有益效果

本發明與現有技術相比較，具有如下優點：

本發明使用銅箔包覆作為CVD法制備石墨烯的催化劑實現石墨烯薄膜的自生長，同時自生長的石墨烯具有良好的電學性能，可以用來提升半導體器件的整體性能。

附圖說明

圖1(a)和圖1(b)是本發明實施例一自生長石墨烯透明導電薄膜的結構示意圖。

圖2為本發明實施例的催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜的方法流程圖。

圖3是本發明實施例二自生長石墨烯透明導電薄膜的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

實施例一：

圖1(a)和圖1(b)為本發明實施例一自生長石墨烯透明導電薄膜的結構示意圖，如圖1(a)和圖1(b)所示，在本實施例中，自生長石墨烯透明導電薄膜是由藍寶石襯底12、石墨烯薄膜11和銅箔包覆13制備形成，銅箔包覆13作為催化劑，實現石墨烯薄膜11在襯底12上的生長，制備出石墨烯透明導電薄膜，該石墨烯薄膜具有1-30層單原子石墨層。

圖2為本發明實施例的催化CVD法自生長石墨烯透明導電薄膜的方法流程圖，參見圖1(a)、圖1(b)及圖2所示，在本實施例中，石墨烯透明導電薄膜的制備方法，包括以下工藝步驟：

S1：制備銅箔包覆；

銅箔包覆材料可為金屬Cu，或者Ni、Ti、W等金屬與Cu的合金材料，銅箔包覆厚度的可選范圍為0.1mm-5mm，如圖1(a)和圖1(b)所示，將銅箔圍成一個封閉或局部開口的長方體結構，形成銅箔包覆13，在其他實施例中，銅箔圍成的形狀也可為正方體結構、圓筒狀結構或橢圓筒狀結構等任意形狀。