[發明專利]一種銅基織構薄膜襯底上制備石墨烯單晶晶圓的方法

有效

• 申請號: 202010620665.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111705359B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張學富;吳天如;王浩敏;于慶凱;謝曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C30B25/18
• 分類號: C30B25/18;C30B29/02;C23C14/35;C23C14/18
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 余永莉

本發明提供一種銅基織構薄膜襯底上制備石墨烯單晶晶圓的方法，包括以下步驟：S1：提供一種銅基織構薄膜襯底，將所述銅基織構薄膜襯底置于化學氣相沉積系統中進行退火處理；以及S2：通入氣態碳源，在所述銅基織構薄膜襯底表面外延生長石墨烯單晶晶圓。根據本發明提供的一種銅基織構薄膜襯底上制備石墨烯單晶晶圓的方法，解決了單晶襯底外延生長單晶石墨烯晶圓帶來的高昂成本問題，有利于石墨烯單晶晶圓的規模化應用，對實現石墨烯在微電子領域中的廣泛應用有著重要的意義。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，更具體地涉及一種銅基織構薄膜襯底上制備石墨烯單晶晶圓的方法。

背景技術

石墨烯具有優異的光電性能并在各領域呈現出巨大的應用潛力而引起社會各界的廣泛關注。在石墨烯眾多應用中，最具吸引人的在微電子領域中的應用。石墨烯作為溝道材料由于其超高的載流子遷移率是替代現有硅材料的一個重要候選者材料并有望繼續延續摩爾定律。其中，石墨烯單晶晶圓的批量化制備是其未來在微電子領域中大規模應用的前提。現有的石墨烯單晶晶圓的制備主要以金屬單晶或者鍺單晶作為襯底外延生長石墨烯晶圓。但是單晶襯底的成本通常較高并且具有較高的制備技術門檻，作為襯底制備石墨烯晶圓會極大的增加石墨烯晶圓的成本，不利于石墨烯單晶晶圓的規模化應用。因此能夠在非單晶金屬襯底表面外延生長石墨烯單晶晶圓對實現石墨烯在微電子領域的中廣泛應用有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種銅基織構薄膜襯底上制備石墨烯單晶晶圓的方法，從而解決現有技術中單晶襯底外延生長單晶石墨烯晶圓帶來的高昂成本的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

提供一種銅基織構薄膜襯底上制備石墨烯單晶晶圓的方法，包括以下步驟：S1：提供一種銅基織構薄膜襯底，將所述銅基織構薄膜襯底置于化學氣相沉積系統中進行退火處理；以及S2：通入氣態碳源，在所述銅基織構薄膜襯底表面外延生長石墨烯單晶晶圓。

步驟S1中，所述銅基織構薄膜襯底由主體元素銅和輔助元素鎳構成，其中，銅是必需元素。

優選地，輔助元素鎳原子數占所述銅基織構薄膜襯底的原子總數比的范圍是0％～30％。如果超過30％，則有可能導致石墨烯的層數不均勻，出現多層石墨烯。

步驟S1中，所述銅基織構薄膜襯底是銅基(111)織構薄膜，面外取向是(111)擇優取向，面內晶疇間呈60度夾角。

步驟S1中，沉積方式包括：磁控濺射、熱蒸發、電子束蒸發以及分子束外延。

優選地，步驟S1中，所述銅基織構薄膜襯底的厚度為10nm～3000nm。厚度過低會導致合金薄膜在高溫下容易揮發或者是團聚，過高則造成薄膜生產成本的增加。

優選地，步驟S1中，在氬氣、氫氣氣體氛圍中進行退火處理，退火溫度范圍300℃～1050℃，退火時間為10min～180min，氬氣和氫氣流量比為(50sccm～500sccm):(10sccm～100sccm)。更優選地，退火溫度范圍500℃～1000℃，退火時間為60min～120min，氬氣和氫氣流量比為(100sccm～300sccm):(20sccm～80sccm)。

優選地，步驟S2中，石墨烯的生長溫度范圍300℃～1050℃，生長時間為10min～180min，氬氣和氫氣流量比為(50sccm～500sccm):(10sccm～100sccm)。更優選地，石墨烯的生長溫度范圍500℃～1000℃，生長時間為60min～120min，氬氣和氫氣流量比為(100sccm～300sccm):(20sccm～80sccm)。

步驟S2中，生長石墨烯的氣態碳源為甲烷、乙烷、乙炔、乙烯中的一種或任意組合。

根據本發明的一個優選方案，銅基織構薄膜襯底通過采用磁控濺射法于常溫下在藍寶石的表面沉積制備。