CN102891074A - 基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 - Google Patents
基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102891074A CN102891074A CN201210408187XA CN201210408187A CN102891074A CN 102891074 A CN102891074 A CN 102891074A CN 201210408187X A CN201210408187X A CN 201210408187XA CN 201210408187 A CN201210408187 A CN 201210408187A CN 102891074 A CN102891074 A CN 102891074A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- reative cell
- epitaxial growth
- flow
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
本发明公开了一种基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法,采用半导体SiC作为衬底,通过对SiC衬底进行合理的预处理,调节生长压力,流量以及温度,在SiC上面直接生长石墨烯,无需金属作为催化剂,生长的石墨烯无需转移过程,便可以直接用于制造各种器件,提高了器件的电学特性,可靠性,降低了器件制造的复杂性。可以生长出具有半导体洁净度的大面积石墨烯材料,可用于无需转移的大面积石墨烯材料的生长制备,并为碳化硅-石墨烯器件的制造提供材料。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料与器件制造技术领域,涉及半导体材料的生长方法,特别是一种半导体碳化硅衬底的石墨烯CVD外延生长方法,可用于无需转移的大面积石墨烯材料的生长制备,并为碳化硅-石墨烯器件的制造提供材料。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体,是目前已知最轻最薄的材料,具有非常奇特的物理化学性质,具有突出的产业优势,有望替代Si成为下一代基础半导体材料的新材料。
过渡族金属催化化学气象沉积(CVD)外延是国际上广泛采用的大面积石墨烯制备的方法,它不受衬底尺寸的限制,设备简单,可以大批量生产。但是,CVD外延制备的原生石墨烯下方的金属衬底导电性使得其无法直接应用,必须依赖衬底转移技术,将金属衬底去除然后转移至合适的衬底上,而在转移过程中不可避免地会对石墨烯薄膜产生污染和损坏,影响石墨烯材料和器件的性能。
碳化硅(SiC)作为一种宽禁带材料,具有良好的电学和热学性能,成为电子研究领域的热门研究课题。可用于制备功率器件、频率器件等。特别是石墨烯发现之后,碳化硅—石墨烯器件结构已经成为研究热点。因此,在碳化硅衬底上直接利用CVD方法外延生长石墨烯,能够减小晶格失配,避免转移过程中残胶引起的性能退化,提高石墨烯和碳化硅衬底接触质量,具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有大面积石墨烯生长技术中的不足,提出一种基于SiC衬底的无需转移的大面积高质量石墨烯生长方法,以改善石墨烯及器件的电学特性。
实现本发明的技术关键是:采用半导体SiC作为衬底,通过对SiC衬底进行合理的预处理,调节生长压力,流量以及温度,在SiC上面直接生长石墨烯薄膜,无需金属作为催化剂,生长的石墨烯无需转移过程,为碳化硅—石墨烯结构器件提供了材料,可直接用于制造各种器件,提高了器件的电学特性,可靠性,降低了器件制造的复杂性。其生长方法实现步骤包括如下:
(1)将SiC衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间5~10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将SiC衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-5~10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度150~250℃,保持10~30min,然后抽真空至10-5~10-6Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量1~20sccm,反应室真空度0.1~1Torr,衬底温度900~1000℃,处理时间1~10min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为10∶1~2∶1,H2流量20~200sccm,CH4流量1~20sccm,气压维持在0.1~1atm,温度1000~1300℃,升温时间20~60min,保持时间30~60min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.1~1atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
本发明具有如下优点:
1.由于采用基于碳化硅衬底的常压无催化金属的石墨烯CVD外延生长方法,无需在后续步骤中对石墨烯进行转移,避免了对石墨烯材料的破坏。
2.由于采用于碳化硅衬底的石墨烯CVD外延生长方法,可以直接在碳化硅衬底上制造石墨烯器件,为碳化硅-石墨烯器件提供材料基础。
附图说明
图1是本发明的基于SiC衬底的石墨烯生长流程图;
图2是本发明的基于SiC衬底的石墨烯生长过程结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定发明。
实施例1在碳化硅衬底上制备石墨烯薄膜。
(1)将SiC衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将SiC衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-5Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度150℃,保持10min,然后抽真空至10-5Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量1sccm,反应室真空度0.1Torr,衬底温度1000℃,处理时间1min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为10∶1,H2流量20sccm,CH4流量2sccm,气压维持在0.1atm,温度1200℃,升温时间20min,保持时间50min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.1atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
实施例2在碳化硅衬底上制备石墨烯薄膜。
(1)将SiC衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间8min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将SiC衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度250℃,保持30min,然后抽真空至10-6Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量20sccm,反应室真空度1Torr,衬底温度1100℃,处理时间10min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为2∶1,H2流量200sccm,CH4流量100sccm,气压维持在1atm,温度1200℃,升温时间40min,保持时间40min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压1atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
实施例3在碳化硅衬底上制备石墨烯薄膜。
(1)将SiC衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间5min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将SiC衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度100℃,保持20min,然后抽真空至10-6Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量10sccm,反应室真空度0.5Torr,衬底温度1200℃,处理时间50min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为5∶1,H2流量100sccm,CH4流量20sccm,气压维持在0.5atm,温度1300℃,升温时间40min,保持时间50min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.5atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法,其特征在于,
采用半导体SiC作为衬底,通过对SiC衬底进行合理的预处理,调节生长压力,流量以及温度,在SiC上面直接生长石墨烯,无需金属作为催化剂,生长的石墨烯直接用于制造各种器件。
2.如权利要求1所述的石墨烯CVD直接外延生长方法,其特征在于,其生长方法实现步骤包括如下:
(1)将SiC衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间5~10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气吹干;
(2)将SiC衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-5~10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,排出衬底表面吸附气体;
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理;
(5)向反应室中通入H2和CH4;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
3.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延生长方法,其特征在于,向反应室内通入高纯Ar,排出衬底表面吸附气体时,温度150~250℃,保持10~30min,然后抽真空至10-5~10-6Torr。
4.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延生长方法,其特征在于,向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量1~20sccm,反应室真空度0.1~1Torr,衬底温度900~1000℃,处理时间1~10min。
5.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延生长方法,其特征在于,向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为10∶1~2∶1,H2流量20~200sccm,CH4流量1~20sccm,气压维持在0.1~1atm,温度1000~1300℃,升温时间20~60min,保持时间30~60min。
6.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延生长方法,其特征在于,自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.1~1atm,完成石墨烯的生长。
7.一种利用权利要求1所述的基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法制造的器件。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210408187XA CN102891074A (zh) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210408187XA CN102891074A (zh) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102891074A true CN102891074A (zh) | 2013-01-23 |
Family
ID=47534540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210408187XA Pending CN102891074A (zh) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102891074A (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103556217A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-02-05 | 西安电子科技大学 | 一种制备1至5层单晶石墨烯的方法 |
CN104409594A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-03-11 | 北京中科天顺信息技术有限公司 | 一种基于SiC衬底的氮化物LED薄膜倒装芯片及其制备方法 |
WO2016149934A1 (zh) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 石墨烯的生长方法 |
CN105990091A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-10-05 | 中国科学院微电子研究所 | 石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件 |
CN107611189A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-19 | 南通强生光电科技有限公司 | 薄膜太阳能电池片及其制备方法 |
CN109399620A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-01 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1414605A (zh) * | 2001-10-25 | 2003-04-30 | 松下电器产业株式会社 | 半导体衬底、半导体元件及其制造方法 |
CN101303973A (zh) * | 2008-07-01 | 2008-11-12 | 上海大学 | 一种n-ZnO/p-自支撑金刚石薄膜异质结的制备方法 |
CN102020263A (zh) * | 2010-07-02 | 2011-04-20 | 浙江大学 | 一种合成石墨烯薄膜材料的方法 |
KR20110056869A (ko) * | 2009-11-23 | 2011-05-31 | 삼성전자주식회사 | 분자빔 에피탁시 방법을 이용한 그라핀 제조방법 |
US20110220025A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Jeong Weon Guk | Metal organic chemical vapor deposition apparatus having satellite n-type and p-type doping chambers |
-
2012
- 2012-10-22 CN CN201210408187XA patent/CN102891074A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1414605A (zh) * | 2001-10-25 | 2003-04-30 | 松下电器产业株式会社 | 半导体衬底、半导体元件及其制造方法 |
CN101303973A (zh) * | 2008-07-01 | 2008-11-12 | 上海大学 | 一种n-ZnO/p-自支撑金刚石薄膜异质结的制备方法 |
KR20110056869A (ko) * | 2009-11-23 | 2011-05-31 | 삼성전자주식회사 | 분자빔 에피탁시 방법을 이용한 그라핀 제조방법 |
US20110220025A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Jeong Weon Guk | Metal organic chemical vapor deposition apparatus having satellite n-type and p-type doping chambers |
CN102020263A (zh) * | 2010-07-02 | 2011-04-20 | 浙江大学 | 一种合成石墨烯薄膜材料的方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
G.D. YUAN 等: "Graphene sheets via microwave chemical vapor deposition", 《CHEMICAL PHYSICS LETTERS》 * |
师小萍 等: "Cu上石墨烯的化学气相沉积法生长研究", 《功能材料与器件学报》 * |
陆东梅 等: "石墨烯的SiC外延生长及应用", 《半导体技术》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103556217A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-02-05 | 西安电子科技大学 | 一种制备1至5层单晶石墨烯的方法 |
CN104409594A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-03-11 | 北京中科天顺信息技术有限公司 | 一种基于SiC衬底的氮化物LED薄膜倒装芯片及其制备方法 |
CN105990091A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-10-05 | 中国科学院微电子研究所 | 石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件 |
WO2016149934A1 (zh) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 石墨烯的生长方法 |
CN107611189A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-19 | 南通强生光电科技有限公司 | 薄膜太阳能电池片及其制备方法 |
CN109399620A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-01 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种制备高迁移率碳化硅基石墨烯材料的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102020263B (zh) | 一种合成石墨烯薄膜材料的方法 | |
CN102891074A (zh) | 基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN103601181B (zh) | 以聚多巴胺为原料制备氮掺杂石墨烯的方法 | |
CN102915913B (zh) | 基于蓝宝石衬底的石墨烯cvd直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN104045079A (zh) | 在蓝宝石与外延金属界面外延生长石墨烯的方法 | |
CN102903616A (zh) | 基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
US20140256120A1 (en) | Process for Preparing Graphene Based on Metal Film-Assisted Annealing and the Reaction with Cl2 | |
CN102842354A (zh) | 三维网络结构的石墨烯基背电极材料及其制备方法 | |
CN104313684A (zh) | 一种制备六方氮化硼二维原子晶体的方法 | |
CN104030277A (zh) | 化学气相沉积法制备石墨烯 | |
CN103183344A (zh) | 一种低温高效制备大尺寸石墨烯的方法 | |
CN103346073B (zh) | 一种β-碳化硅薄膜的制备方法 | |
CN105568253B (zh) | 一种等离子体化学气相沉积设备生长六方氮化硼的方法 | |
CN107964680B (zh) | 一种制备单层六方氮化硼大单晶的方法 | |
CN106006619A (zh) | 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 | |
CN105441902A (zh) | 一种外延碳化硅-石墨烯复合薄膜的制备方法 | |
CN103407988A (zh) | 一种低温制备石墨烯薄膜的方法 | |
CN103646789B (zh) | 一种石墨烯-铂超级电容器复合电极材料的制备方法 | |
CN109179388B (zh) | 一种一氧化碳制备石墨烯的方法 | |
CN109136842B (zh) | 石墨烯薄膜及其制备方法 | |
CN109161850B (zh) | 一种生长在Si衬底上的(In)GaN纳米管及其制备方法与应用 | |
CN102903617B (zh) | 基于GaN衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN103101907B (zh) | 石墨烯、石墨烯制备方法及应用 | |
CN107516691A (zh) | 一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
CN107311157A (zh) | 一种以co2为碳源低温制备石墨烯的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20160511 |
|
C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |