[發明專利]基于水處理輔助機制的石墨烯制備方法

有效

• 申請號: 201911308837.1
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110817852B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 劉忠范;趙學磊;陳召龍;高翾
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯研究院
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 司麗琦;于寶慶

本公開提供一種基于水處理輔助機制的石墨烯的制備方法，包括步驟如下：提供一基底，基底置于反應腔室；對基底進行退火預處理；通入碳源，于退火預處理后的基底上進行化學氣相沉積反應生長石墨烯；其中，退火預處理還包括引入水蒸氣于反應腔室以刻蝕基底表面，石墨烯于刻蝕后的基底表面生長。該方法通過在生長石墨烯之前先在水輔助下對基底表面進行退火預處理，使得石墨烯可在絕緣基底上直接生長高質量、大面積的石墨烯，在半導體領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本公開涉及石墨烯技術領域，具體涉及一種基于水處理輔助機制的石墨烯制備方法。

背景技術

石墨烯，即石墨的單原子層(厚度約為0.34nm)，是碳原子以sp²碳- 碳鍵形成的以六角蜂窩狀排列的二維晶體結構。石墨烯材料集多種優異性能于一身，它具有非常好的導熱性、良好的機械強度、超高的載流子遷移率、優異的導電性和與層數相關的高透光性等獨特性能。與半導體材料相比，石墨烯具有極高的化學穩定性，在微電子、信息技術、微納傳感器、新能源、環境、生物醫學等領域的體現了巨大應用潛能。尤其是其電子遷移率高于硅材料兩個數量級，石墨烯材料有望取代半導體工業中的硅材料。

目前得到的大面積高質量的石墨烯主要是在金屬基底上，在絕緣基底上的石墨烯質量遠不能與其相媲美。但在應用中，金屬基底上的石墨烯免不了轉移到絕緣基底上與半導體技術集成應用，其轉移過程復雜，并且轉移過程中會造成石墨烯的破壞，所以在絕緣基底上制備高質量、大面積的石墨烯是在半導體應用中的關鍵技術。

需注意的是，前述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本發明的背景理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本公開的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種基于水處理輔助機制的石墨烯制備方法，該方法通過在生長石墨烯之前先在水輔助下對基底表面進行退火預處理，使得石墨烯可在絕緣基底上直接生長高質量、大面積的石墨烯，在半導體領域具有廣闊的應用前景。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開提供一種石墨烯的制備方法，包括步驟如下：提供一基底，基底置于反應腔室；對基底進行退火預處理；通入碳源，于退火預處理后的基底上進行化學氣相沉積反應生長石墨烯；其中，退火預處理還包括引入水蒸氣于反應腔室以刻蝕基底表面，石墨烯于刻蝕后的基底表面生長。

根據本公開的一個實施方式，水蒸氣通過載氣鼓泡的方式引入反應腔室。

根據本公開的一個實施方式，引入水蒸氣前，還包括通入惰性氣體于反應腔室進行洗氣處理，洗氣處理后，繼續通入惰性氣體直至化學氣相沉積反應結束。

根據本公開的一個實施方式，還包括通入惰性氣體的同時通入氫氣于所述反應腔室，直至化學氣相沉積反應結束。

根據本公開的一個實施方式，退火預處理后，繼續引入水蒸氣于反應腔室，直至化學氣相沉積反應結束。

根據本公開的一個實施方式，退火預處理中，惰性氣體的流量為 500sccm～1000sccm，載氣的流量為100sccm～400sccm，氫氣的流量為 40sccm～60sccm。

根據本公開的一個實施方式，化學氣相沉積反應中，惰性氣體的流量為 500sccm～1000sccm，載氣的流量為100sccm～400sccm，氫氣流量為400 sccm～600sccm，載氣與惰性氣體的流量和與氫氣的流量比為(1～3):1。

根據本公開的一個實施方式，載氣和惰性氣體各自獨立地選自氬氣和氮氣中的一種或多種。

根據本公開的一個實施方式，退火預處理的溫度為1000℃～1200℃，預處理時間為5min～30min；化學氣相沉積反應溫度為1000℃～1200℃，反應時間為180min～600min；化學氣相沉積反應為常壓化學氣相沉積反應。