[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

本發明公開了一種石墨烯半導體制備裝置及方法，一種石墨烯半導體制備方法，包括以下步驟：I、提供SiC襯底，利用氫氣刻蝕；II、在氬氣氛圍下對SiC襯底片進行升溫；III、在超高真空的環境下，形成六方蜂窩狀的石墨烯薄膜；IV：形成石墨烯半導體復合材料。一種石墨烯半導體制備裝置，包括：氫氣刻蝕模塊；C原子自組裝模塊；同質外延成長模塊；反應合成模塊。本發明不僅可以獲得大面積、高質量的石墨烯，而且所獲得的石墨烯具有較好的均一性，且與當前的集成電路技術有很好的兼容性；同時利用了半導體材料的優點與石墨烯的特性，實現了石墨烯的制備及其與半導體材料復合同時進行，具有廣泛的適用性。

技術領域

本發明涉及一種制備裝置及方法，尤其涉及一種石墨烯半導體制備裝置及方法。

背景技術

半導體是現代電子工業的支柱，它是晶體管、集成電路以及各類電子元件的核心材料。隨著半導體技術的發展，傳統的硅、鍺等元素半導體的性能提升空間越來越小。石墨烯以優異的導電性能，廣闊的開發前景，在半導體技術領域受到越來越多的關注。目前，化學氣相沉積法是制備高質量、大面積石墨烯的最主要途徑。但是，存在著以下缺陷：制備出的石墨烯形貌和性能受基底材料影響大，石墨烯難以轉移，難以與當前成熟的大規模集成電路工藝兼容，影響了基于石墨烯器件的推廣與應用。

發明內容

為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種石墨烯半導體制備裝置及方法。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種石墨烯半導體制備方法，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。

進一步地，SiC襯底為4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC單晶體中的一種。

進一步地，步驟II中，控制氬氣的氣壓在2×10³Pa以下。

進一步地，步驟III中，超高真空的氣壓為1-2×10³Pa。

進一步地，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；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。

進一步地，半導體顆粒材料為碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁中的一種；有機溶劑為吡咯烷酮、咪唑啉酮、酰胺中的一種或多種。

一種石墨烯半導體制備裝置，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。