[發明專利]一種石墨烯半導體制備裝置及方法

在審

• 申請號: 202010378114.5
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111410191A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 呂尊華;李繼森;司崇殿
• 申請（專利權）人: 山東華達新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/188
• 分類號: C01B32/188
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 劉玉涵

1.一種石墨烯半導體制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

I、提供SiC襯底，利用氫氣在1450-1600℃下對襯底的刻蝕效應對SiC襯底表面進行平整化處理，刻蝕25-35min，使之形成具有原子級平整度的臺階陣列形貌的表面；

II、在1.5L/min的氬氣氛圍下對SiC襯底片進行升溫至1000-1100℃，使得C原子的自組裝過程進行的更加充分，制得大面積且均勻的石墨烯薄膜；

III、在超高真空的環境下，繼續將SiC襯底表面加熱到1400-1500℃，使SiC襯底表面的碳硅鍵發生斷裂，Si原子會先于C原子升華而從表面脫附，而表面富集的C原子發生重構從而形成六方蜂窩狀的石墨烯薄膜；

IV：將半導體材料顆粒沉積在步驟III中制得的石墨烯薄膜表面，形成石墨烯半導體復合材料。

2.根據權利要求1所述的石墨烯半導體制備方法，其特征在于：所述SiC襯底為4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC單晶體中的一種。

3.根據權利要求2所述的石墨烯半導體制備方法，其特征在于：所述步驟II中，控制氬氣的氣壓在2×10³Pa以下。

4.根據權利要求3所述的石墨烯半導體制備方法，其特征在于：所述步驟III中，超高真空的氣壓為1-2×10³Pa。

5.根據權利要求4所述的石墨烯半導體制備方法，其特征在于：所述步驟IV的具體步驟為：將石墨烯薄膜分散至水溶液中，然后加入作為復合體的半導體材料顆粒；所述半導體材料顆粒粒徑為0.05μm-8μm，攪拌12-18小時；在攪拌過程中，使石墨烯分散均勻，使半導體材料均勻地復合在石墨烯的表面；反應結束后，抽濾，用有機溶劑洗滌，干燥，然后在550-650℃條件下燒結35-40min，得到石墨烯半導體復合材料。

6.根據權利要求5所述的石墨烯半導體制備方法，其特征在于：所述半導體顆粒材料為碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁中的一種；所述有機溶劑為吡咯烷酮、咪唑啉酮、酰胺中的一種或多種。

7.一種如權利要求1所述的石墨烯半導體制備方法中使用的制備裝置，其特征在于：所述裝置包括：

氫氣刻蝕模塊，利用氫氣對SiC襯底進行平整化處理；

C原子自組裝模塊，利用氬氣對SiC襯底升溫處理；

同質外延成長模塊，在超高真空下，制得石墨烯薄膜；

反應合成模塊，用于形成石墨烯半導體復合材料。

8.根據權利要求7所述的石墨烯半導體制備裝置，其特征在于：所述C原子自組裝模塊還包括：控制單元，用于控制氬氣的流量、溫度、氣壓。

9.根據權利要求8所述的石墨烯半導體制備裝置，其特征在于：所述控制單元包括通入使能閥，用于通過開關動作控制通入時間。