[發明專利]一種石墨烯單晶的制備方法

在審

• 申請號: 201811289834.3
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109321973A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 盧維爾;夏洋;趙麗莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C30B29/02
• 分類號: C30B29/02;C30B25/10;C30B25/18
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 房德權

本發明提供了一種石墨烯單晶的制備方法，包括：對石墨烯單晶基底進行升溫；對升溫后的石墨烯單晶基底進行預處理，以去除石墨烯單晶基底中的碳雜質；向預處理后的石墨烯單晶基底依次循環通入生長氣體、氧化刻蝕氣體及惰性氣體，使得石墨烯單晶基底上的石墨烯單晶能夠生長，形成石墨烯晶粒；其中，在依次循環通入所述生長氣體及所述氧化刻蝕氣體時，按照預設的氣體增長量逐漸增大所述生長氣體及所述氧化刻蝕氣體的通入量；如此，在生長過程中，因依次循環通入氧化刻蝕氣體，可以減小石墨烯的成核密度；每次是按照預設的氣體增長量逐漸增大生長氣體的通入量，可以在石墨烯單晶的生長過程中，提供足夠量的生長氣體，提高了石墨烯單晶的生長速率。

技術領域

本發明屬于石墨烯制備技術領域，尤其涉及一種石墨烯單晶的制備方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體材料，在電、光、機械強度上的優異特性，使其在電子學、太陽能電池、傳感器等領域有著眾多潛在應用。

雖然石墨烯的需求巨大，但其制備速度緩慢，常規的化學氣相沉積(CVD，ChemicalVapor Deposit)生長方法制備一塊厘米級別尺寸的單晶石墨烯薄膜需要近20小時，嚴重制約了石墨烯在實際生產中的應用。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明實施例提供了一種石墨烯單晶的制備方法，用于解決現有技術中制備石墨烯單晶制備效率低的技術問題。

本發明提供一種石墨烯單晶的制備方法，所述方法包括：

對石墨烯單晶基底進行升溫；

對升溫后的所述石墨烯單晶基底進行預處理，以去除所述石墨烯單晶基底中的碳雜質；

向預處理后的所述石墨烯單晶基底依次循環通入生長氣體、氧化刻蝕氣體及惰性氣體，使得所述石墨烯單晶基底上的石墨烯單晶能夠生長，形成石墨烯晶粒；其中，在依次循環通入所述生長氣體及所述氧化刻蝕氣體時，按照預設的氣體增長量逐漸增大所述生長氣體及所述氧化刻蝕氣體的通入量。

上述方案中，所述對石墨烯單晶基底進行升溫，包括：將所述石墨烯單晶基底的溫度升至600～1083℃。

上述方案中，所述對升溫后的所述石墨烯單晶基底進行預處理，包括：

在氧化氣體、還原氣體或者惰性氣體中對所述升溫后的所述石墨烯單晶基底進行退火。

上述方案中，所述向預處理后的所述石墨烯單晶基底依次循環通入生長氣體、氧化刻蝕氣體及惰性氣體時，循環的次數包括2～100次。

上述方案中，所述預設的氣體增長量包括1～100sccm。

上述方案中，所述向預處理后的所述石墨烯單晶基底依次循環通入氧化刻蝕氣體時，所述氧化刻蝕氣體每次通入的時長為1～5000ms。

上述方案中，所述生長氣體包括：甲烷CH₄或者乙烷C₂H₆。

上述方案中，所述氧化刻蝕氣體包括：氧氣O₂或者所述O₂與氬氣Ar的混合氣體。

上述方案中，所述向預處理后的所述石墨烯單晶基底依次循環通入生長氣體、氧化刻蝕氣體及惰性氣體后，包括：

對生長后的所述石墨烯單晶基底進行降溫，使得所述石墨烯單晶基底的溫度小于200℃。

上述方案中，所述石墨烯單晶基底包括：銅Cu基底、鎳Ni基底、鉑Pt基底、硅Si基底、鍺Ge基底、二氧化硅SiO₂基底、藍寶石Sapphire基底及氧化鋅ZnO基底中的任意一種。