[發明專利]一種Graphene/SiC異質結納米陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201810311138.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108493082B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 王霖;高鳳梅;陳善亮;楊為佑
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02;H01J1/304
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明涉及一種無機半導體異質結材料的制備方法，特別是石墨烯/碳化硅(Graphene/SiC)異質結納米陣列的制備方法。所述的制備方法包括如下步驟：1)在清洗后的SiC晶片上濺射催化劑形成催化劑薄膜；2)將聚合物前驅體和帶催化劑薄膜的SiC晶片置于石墨坩堝中；3)將高純石墨坩堝置于氣氛燒結爐中，在保護氣體的作用下在1520?1600℃下保溫30?40min進行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得Graphene/SiC異質結納米陣列。本發明能夠實現高定向Graphene/SiC異質結納米陣列結構的生長；且周期短，工藝可控。

技術領域

本發明涉及一種無機半導體異質結材料的制備方法，特別是石墨烯/碳化硅(Graphene/SiC)異質結納米陣列的制備方法。

背景技術

碳化硅(SiC)是第三代半導體的核心材料之一，與元素半導體材料(Si)和其他化合物半導體材料GaAs、GaP和InP相比，它具有很多優點。碳化硅不僅具有較大的帶隙(3C、4H、6H型碳化硅在室溫下的帶隙分別為2.23、3.22、2.86eV)，而且具有高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子漂移速度等特點，在高溫、高頻，大功率，光電子和抗輻射等方面具有巨大的應用前景。碳化硅替代硅，制備光電器件和集成電路，可提高軍用電子系統和武器裝備性能，以及為抗惡劣環境的電子設備提供新型器件。此外，SiC納米結構具有很高的硬度、韌性、耐磨性、耐高溫性、低的熱膨脹系數等優良特性，在制備高性能復合材料、高強度小尺寸復合材料構件、表面納米增強復合材料以及構筑納米光電器件等方面具有非常誘人的應用前景。

石墨烯(Graphene)材料是10層以下石墨結構的統稱。單層石墨烯的晶體結構是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構，厚度只有0.335nm，是目前已知最薄的材料。石墨烯因其晶體結構和電子結構而具有獨特的物理現象，被認為是未來新一代的半導體材料，在高性能納電子器件、復合材料、場發射材料、氣體傳感器及能量存儲等領域具有廣闊的應用前景。例如，石墨烯中的每個碳原子與其它3個碳原子通過強σ鍵相連，C-C鍵(sp2)使其成為已知最為牢固的材料之一，且具有優異的穩定性和導熱性。其次，因其碳原子有4個價電子的成鍵方式，石墨烯具有良好的導電性、優異的電子遷移率(室溫下可以超過15000cm²/(V·s))、能隙為零的半導體，為目前已發現的電阻率最小的材料。石墨烯獨特的載流子特性和無質量的狄拉克費米子屬性使其能夠在室溫下觀測到霍爾效應。另外，石墨烯還具有量子隧道效應及半整數霍爾效應、安德森局域化的弱化現象、永不消失的電導率等特性。此外，石墨烯還具有其它一些優異的物理化學特性，如高吸附性、高化學穩定性、高達2630m²/g的理論比表面積、鐵磁性、良好的導熱性(3080～5150W/(m·K))等，這些優良性質不僅為凝聚態物理和量子電動力學提供了較好的研究平臺，還使其有可能替代Si材料而成為新一代計算機芯片材料，具有廣泛的應用潛力。

通過SiC熱分解實現石墨烯生長的方法已經歷十幾年，可以直接獲得Graphene/SiC結構，無需經過石墨烯轉移到器件襯底的工序，降低對石墨烯質量的影響，基本解決了石墨烯生長均勻性和低缺陷的問題。目前，這一技術有望實現Graphene/SiC替代Si在電子器件中的應用。目前文獻報道的SiC熱分解方法中，主要采用SiC晶片或薄膜作為襯底生長石墨烯薄膜。Graphene/SiC異質結納米陣列有望成為優異場發射陰極材料，其納米陣列分布利于降低場屏蔽效應，與石墨烯協同強化可有效增強納米SiC的場發射性能。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的上述問題，提供一種可以制得穩定性好、靈敏度高的Graphene/SiC異質結納米陣列的制備方法，且該方法工藝簡單、安全性高、可控性好。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種Graphene/SiC異質結納米陣列的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：

1)在清洗后的SiC晶片上濺射催化劑形成催化劑薄膜；