專利名稱：基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體材料及其制備方法，具體地說(shuō)是基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是碳原子緊密堆積成而為蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，是構(gòu)筑零維富勒烯、一維碳納米管、三維體相石墨等SP2雜化碳，即碳以雙鍵相連或連接其他原子的基本結(jié)構(gòu)單元，具有一些特殊的物理特性，包括:獨(dú)特的載流子特性；電子在石墨烯中傳輸阻力很小，在亞微米距離移動(dòng)時(shí)沒(méi)有散射，具有很好的電子傳輸性質(zhì)；力學(xué)性能好、韌性好，每IOOnm距離上承受的最大壓力可達(dá)2.9N ;石墨烯特有的能帶結(jié)構(gòu)使空穴和電子相互分離，導(dǎo)致新電子傳導(dǎo)現(xiàn)象的產(chǎn)生，如量子干涉效應(yīng)，不規(guī)則量子霍爾效應(yīng)等。石墨烯的理論研究已有60多年的歷史，但直至2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈 海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫，利用膠帶剝離高定向石墨的方法獲得真正能夠獨(dú)立存在的二維石墨烯晶體。并發(fā)現(xiàn)了石墨烯載流子的相對(duì)論粒子特性，才引發(fā)石墨烯研究熱。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶人工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。石墨烯的應(yīng)用( I)代替硅用于電子產(chǎn)品硅讓人們邁入了數(shù)字化時(shí)代，但研究人員仍然渴望找到一些新材料，讓集成電路更小、更快、更便宜。在眾多的備選材料中，石墨烯備加引人矚目。石墨烯的超高強(qiáng)度、透光性和超強(qiáng)導(dǎo)電性，使之成為了制造可彎曲顯示設(shè)備和超高速電子器件的理想材料。石墨烯如今已經(jīng)出現(xiàn)在新型晶體管、存儲(chǔ)器和其他器件的原型樣品當(dāng)中。石墨烯輸運(yùn)電子的速度比硅快幾十倍，因而用石墨烯制成的晶體管工作得更快、更省電。
`
(2)用于光子傳感器石墨烯還可用于光子傳感器，這種傳感器用于檢測(cè)光纖中攜帶的信息，現(xiàn)在，這個(gè)角色還在由硅擔(dān)當(dāng)，但硅的時(shí)代似乎就要結(jié)束。2010年10月，IBM的一個(gè)研究小組首次披露了他們研制的石墨烯光電探測(cè)器。英國(guó)劍橋大學(xué)及法國(guó)CNR的研究人員已經(jīng)制造出了超快鎖模石墨烯激光器，這項(xiàng)研究成果顯示了石墨烯在光電器件上大有可為。(3)用于納電子器件石墨烯是納米電路的理想材料，其中，高傳導(dǎo)石墨烯是一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，是將來(lái)應(yīng)用于納米電子器件最具希望的材料。巴斯夫和沃爾貝克公司開(kāi)發(fā)了用于導(dǎo)電涂層的高傳導(dǎo)石墨烯，這將為石墨烯在電子工業(yè)中應(yīng)用的商業(yè)化鋪平道路。(4)用于太陽(yáng)能電池透明的石墨烯薄膜可制成優(yōu)良的太陽(yáng)能電池。美國(guó)魯特格大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種制造透明石墨烯薄膜的技術(shù)，所制造的石墨烯薄膜只有幾厘米寬、I 5nm厚，可用于有機(jī)太陽(yáng)能電池；美國(guó)南加州大學(xué)的研究人員已將石墨烯用于制作有機(jī)太陽(yáng)電池。石墨烯有機(jī)太陽(yáng)能電池造價(jià)低，而且柔韌性好，因此研究人員看好其應(yīng)用前景，例如這種石墨烯有機(jī)太陽(yáng)能電池可做成家用窗簾，甚至可以做成會(huì)發(fā)電的衣服。(5)其他應(yīng)用石墨烯在增強(qiáng)復(fù)合材料方面超越了碳納米管。美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的研究者發(fā)表的3項(xiàng)新研究成果表明，石墨烯可用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)和飛機(jī)機(jī)翼的增強(qiáng)復(fù)合材料。此外，石墨烯可用作吸附劑、催化劑載體、熱傳輸媒體，在生物技術(shù)方面也可得到應(yīng)用。石墨烯的制備方法石墨烯的制備方法主要有機(jī)械法和化學(xué)法2種。機(jī)械法包括微機(jī)械分離法、取向附生法和加熱碳化硅法.化學(xué)法包括化學(xué)還原法與化學(xué)解理法等。微機(jī)械分離法是直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來(lái)，可獲得高品質(zhì)石墨烯，且成本低。但缺點(diǎn)是石墨烯薄片尺寸不易控制。無(wú)法可靠地制造出供實(shí)際應(yīng)用的大面積石墨薄片樣本，不適合量產(chǎn)。取向附生法是利用生長(zhǎng)基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，石墨烯性能令人滿意，但往往厚度不均勻。加熱碳化硅法能可控地制備出單層或多層石墨烯，是一種非常新穎、對(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯的實(shí)際應(yīng)用非常重要的制備方法，但制備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。

化學(xué)還原法能夠低成本制備，但很難制備沒(méi)有晶界的高品質(zhì)石墨烯薄片。化學(xué)解理法是利用氧化石墨通過(guò)熱還原方法制備石墨烯的方法，是一種重要的石墨烯制備方法?；瘜W(xué)氣相沉積法提供了一種可控制備石墨烯的有效方法，其最大優(yōu)點(diǎn)在于可制備出面積較大的石墨烯片.缺點(diǎn)是必須在高溫下完成，且在制作過(guò)程中，石墨烯膜有可能形成缺陷。而經(jīng)過(guò)改進(jìn)的微波等離子體化學(xué)氣相沉積法，其處理溫度較低，只有大約400°C，但是仍然不適于量產(chǎn)。目前已有的方法，僅可以制備出面積小于2英寸的石墨烯材料，因此制備大面積、高質(zhì)量、低缺陷的石墨烯已成為一項(xiàng)亟待解決的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，以提高表面光滑度和連續(xù)性、降低孔隙率、減少成本，實(shí)現(xiàn)在3C-SiC襯底上大面積的制造石墨烯。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備方法包括以下步驟:( I)依次用氨水和雙氧水的混合溶液、鹽酸和雙氧水的混合溶液對(duì)4英寸 12英寸的Si襯底進(jìn)行清洗；(2)將清洗后的Si襯底放入CVD系統(tǒng)反應(yīng)室中，對(duì)反應(yīng)室抽真空達(dá)到10_7mbar級(jí)別；(3)在H2保護(hù)的情況下逐步升溫至碳化溫度900°C 1200°C，通入流量為30ml/min的C3H8,對(duì)襯底進(jìn)行碳化5min IOmin,生長(zhǎng)一層碳化層；(4)迅速升溫至3C_SiC生長(zhǎng)溫度1200°C 1300°C，通入C3H8和SiH4,進(jìn)行3C_SiC異質(zhì)外延薄膜的生長(zhǎng)，時(shí)間為30min 60min，然后在4保護(hù)下逐步降溫至室溫，完成3C-SiC外延薄膜的生長(zhǎng)；(5)將生長(zhǎng)好的3C_SiC樣片放入石墨烯生長(zhǎng)設(shè)備中，打開(kāi)加熱電源，加熱反應(yīng)室至1600°C，對(duì)3C-SiC襯底進(jìn)行氫刻蝕，以去除3C-SiC襯底表面的劃痕和缺陷；
(6)去除氫刻蝕步驟生成的化合物；(7)調(diào)整石墨烯生長(zhǎng)裝置的加熱源功率，將反應(yīng)室溫度調(diào)整為700°C 1100°C，打開(kāi)通氣閥門，向生長(zhǎng)裝置中通入Ar氣和Cl2并在混氣室中充分混合后，由氣體通道流入石英管反應(yīng)室中，持續(xù)時(shí)間3min 5min，使Cl2與3C_SiC反應(yīng)，在3C_SiC表面生成碳膜；(8)在生成的碳膜上采用電子束沉積300nm 500nm厚的Ni膜；(9)將沉積有Ni膜的碳膜樣片再次放入石墨烯生長(zhǎng)裝置中，升溫至800°C 100(TC,并通入Ar氣退火IOmin 30min,使Ni膜覆蓋下的碳膜重構(gòu)成石墨烯,獲得石墨烯樣片；(10)將石墨烯樣片置于HCl和CuSO4溶液中以去除Ni膜，獲得4英寸 12英寸的大面積石墨稀材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明由于在碳膜上利用電子束沉積Ni膜并退火，因而生成石墨烯連續(xù)性較好。2.本發(fā)明中3C_SiC與Cl2可在較低的溫度和常壓下反應(yīng)，且反應(yīng)速率快。3.本發(fā)明由于利用3C_SiC與Cl2氣反應(yīng)，因而生成的石墨烯表面光滑，空隙率低，且厚度均勻可控。4.本發(fā)明由于3C_SiC可異質(zhì)外延生長(zhǎng)在Si圓片上，而Si圓片尺寸可達(dá)12英寸，因而用此方法可以生長(zhǎng)大面積的石墨烯，且價(jià)格便宜。


圖1是本發(fā)明石墨烯生長(zhǎng)裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明制備石墨烯的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的石墨烯生長(zhǎng)裝置主要由石英管反應(yīng)室，電磁加熱線圈，加熱電源，氣體通道，混氣室及多個(gè)通氣閥門組成。氣體由通氣閥門控制流入混氣室，在混氣室中均勻混合再經(jīng)過(guò)氣體通道流入石英管反應(yīng)室。用電磁加熱線圈對(duì)石英管反應(yīng)室加熱，加熱電源用來(lái)調(diào)節(jié)加熱功率。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的制作方法給出如下三種實(shí)施例。實(shí)施例1，制作與Cl2反應(yīng)的4英寸Si襯底上的大面積石墨烯。步驟1:去除樣品表面污染物。對(duì)4英寸的Si襯底進(jìn)行表面清潔處理，即先使用ΝΗ40Η+Η202試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除襯底表面有機(jī)殘余物；再使用HC1+H202試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除離子污染物。步驟2:將Si襯底放入CVD系統(tǒng)反應(yīng)室中，對(duì)反應(yīng)室抽真空達(dá)到10_7mbar級(jí)別。步驟3:生長(zhǎng)碳化層。在H2保護(hù)的情況下將反應(yīng)室溫度升至碳化溫度900°C，然后向反應(yīng)室通入流量為30sccm的C3H8,在Si襯底上生長(zhǎng)一層碳化層，生長(zhǎng)時(shí)間為lOmin。步驟4:在碳化層上生長(zhǎng)3C_SiC外延薄膜。
將反應(yīng)室溫度迅速升至生長(zhǎng)溫度1200°C，通入流量分別為20sccm和40sccm的SiH4和C3H8,進(jìn)行3C-SiC異質(zhì)外延薄膜的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)間為60min ;然后在H2保護(hù)下逐步降溫至室溫，完成3C-SiC外延薄膜的生長(zhǎng)。步驟5:將3C_SiC樣片裝入石墨烯生長(zhǎng)裝置，并進(jìn)行氫刻蝕。(5.1)將生長(zhǎng)好的3C_SiC外延薄膜樣片從CVD系統(tǒng)反應(yīng)室取出后，置于石墨烯生長(zhǎng)裝置的反應(yīng)室中；(5.2)打開(kāi)加熱電源開(kāi)關(guān)，升溫至1580°C，打開(kāi)通氣閥門，通入流量為100L/min的氫氣對(duì)3C-SiC薄膜進(jìn)行IOmin氫刻蝕，以去除3C_SiC表面劃痕，產(chǎn)生納米量級(jí)高的周期性光滑臺(tái)階形貌。步驟6:去除氫刻蝕步驟生成的化合物。(6.1)完成氫刻蝕后，降溫至1000°C，通入流量為2L/min的氫氣保持15分鐘；(6.2)降溫至850°C，通入流量為0.4ml/min的SiH4,保持10分鐘；(6.3)停止通氣，升溫至1000°C，保持10分鐘；(6.4)升溫至1100°C，維持10分鐘。步驟7:生成碳膜。調(diào)節(jié)石墨烯生長(zhǎng)裝置的加熱電源電壓，使反應(yīng)室溫度降低為800°C，向反應(yīng)室中通入流速分別為98sccm和2sccm的Ar氣和Cl2氣，時(shí)間為5分鐘，使Cl2與3C_SiC反應(yīng)生成面積為4英寸的碳膜。步驟8:在生成 的碳膜上鍍一層Ni膜。將生成的碳膜樣片放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中的基底載玻片上，基底到靶材的距離為50cm，將反應(yīng)室壓強(qiáng)抽至5X10_4Pa，調(diào)節(jié)束流為40mA，蒸發(fā)lOmin，在碳膜上沉積一層300nm厚的Ni膜。步驟9:重構(gòu)成石墨烯。將沉積有Ni膜的樣片放入在石墨烯生長(zhǎng)裝置中，加熱至1100°C，通入流速為90sccm的Ar氣,進(jìn)行15分鐘退火處理,使Ni膜覆蓋下的碳膜重構(gòu)成連續(xù)的石墨烯，獲得石墨烯樣片。步驟10:去除Ni膜得到石墨烯材料。將生成石墨烯的樣片置于鹽酸和硫酸銅的混合溶液中去除Ni膜，得到4英寸的大面積石墨烯材料。實(shí)施例2，制作與Cl2反應(yīng)的8英寸Si襯底上的大面積石墨烯。步驟一:去除樣品表面污染物。對(duì)8英寸的Si襯底進(jìn)行表面清潔處理，即先使用ΝΗ40Η+Η202試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除襯底表面有機(jī)殘余物；再使用HC1+H202試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除離子污染物。步驟二:將Si襯底放入CVD系統(tǒng)反應(yīng)室中，對(duì)反應(yīng)室抽真空達(dá)到10_7mbar級(jí)別。步驟三:生長(zhǎng)碳化層。在H2保護(hù)的情況下將反應(yīng)室溫度升至碳化溫度1050 °C，然后向反應(yīng)室通入流量為30sccm的C3H8,在Si襯底上生長(zhǎng)一層碳化層，生長(zhǎng)時(shí)間為7min。步驟四:在碳化層上生長(zhǎng)3C_SiC外延薄膜。
將反應(yīng)室溫度迅速升至生長(zhǎng)溫度1200°C，通入流量分別為25sccm和50sccm的SiH4和C3H8,進(jìn)行3C-SiC異質(zhì)外延薄膜的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)間為45min ;然后在H2保護(hù)下逐步降溫至室溫，完成3C-SiC外延薄膜的生長(zhǎng)。步驟五:將3C_SiC裝入石墨烯生長(zhǎng)裝置，并進(jìn)行氫刻蝕。(5a)將生長(zhǎng)好的3C_SiC外延薄膜樣片從CVD系統(tǒng)反應(yīng)室取出后，置于石墨烯生長(zhǎng)裝置的反應(yīng)室中；(5b)打開(kāi)加熱電源開(kāi)關(guān)，升溫至1580°C，打開(kāi)通氣閥門，通入流量為100L/min的氫氣對(duì)3C-SiC薄膜進(jìn)行IOmin氫刻蝕，以去除3C_SiC表面劃痕，產(chǎn)生納米量級(jí)高的周期性光滑臺(tái)階形貌。步驟六:去除氫刻蝕步驟生成的化合物。(6a)完成氫刻蝕后，降 溫至1000°C，通入流量為3L/min的氫氣保持15分鐘；(6b)降溫至850°C，通入流量為0.6ml/min的SiH4,保持10分鐘；(6c)停止通氣，升溫至1000°C，保持10分鐘；(6d)升溫至1100°C，維持10分鐘。步驟七:生成碳膜調(diào)節(jié)石墨烯生長(zhǎng)裝置的加熱電源電壓，使反應(yīng)室溫度降低為1000°C，向反應(yīng)室中通入流速分別為97sccm和3sccm的Ar氣和Cl2氣，時(shí)間為4分鐘，使Cl2與3C_SiC反應(yīng)生成面積為8英寸的碳膜。步驟八:在生成的碳膜上鍍一層Ni膜。將生成的碳膜樣片放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中的基底載玻片上，基底到靶材的距離為50cm，將反應(yīng)室壓強(qiáng)抽至5X10_4Pa，調(diào)節(jié)束流為40mA，蒸發(fā)15min，在碳膜上沉積一層400nm厚的Ni膜。步驟九:重構(gòu)成石墨烯。將鍍有Ni膜的樣片置于流速為55sccm的Ar氣中，在溫度為900°C下退火20分鐘，使碳膜重構(gòu)成連續(xù)的石墨烯，獲得石墨烯樣片。步驟十:將生成的石墨烯樣片置于鹽酸和硫酸銅的混合溶液中去除Ni膜，得到8英寸的大面積石墨烯材料。實(shí)施例3，制作與Cl2反應(yīng)的12英寸Si襯底上的大面積石墨烯。步驟A:對(duì)12英寸的Si襯底進(jìn)行表面清潔處理，即先使用ΝΗ40Η+Η202試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除樣品表面有機(jī)殘余物；再使用HC1+H202試劑浸泡樣品10分鐘，取出后烘干，以去除離子污染物。步驟B:將Si襯底放入CVD系統(tǒng)反應(yīng)室中，對(duì)反應(yīng)室抽真空達(dá)到10_7mbar級(jí)別。步驟C:在H2保護(hù)的情況下將反應(yīng)室溫度升至碳化溫度1200°C，然后向反應(yīng)室通入流量為30SCCm的C3H8，持續(xù)5min，以在Si襯底上生長(zhǎng)一層碳化層。步驟D:將反應(yīng)室溫度迅速升至生長(zhǎng)溫度1300°C，通入流量分別為30sccm和60sccm的SiH4和C3H8,進(jìn)行3C_SiC異質(zhì)外延薄膜的生長(zhǎng)30min ;然后在H2保護(hù)下逐步降溫至室溫。步驟E:將生長(zhǎng)好的3C_SiC外延薄膜樣片從CVD系統(tǒng)反應(yīng)室取出后，置于石墨烯生長(zhǎng)裝置的反應(yīng)室中；打開(kāi)加熱電源開(kāi)關(guān)，升溫至1580°C，打開(kāi)通氣閥門，通入流量為lOOL/min的氫氣對(duì)3C_SiC薄膜進(jìn)行IOmin氫刻蝕，以去除3C_SiC表面劃痕，產(chǎn)生納米量級(jí)高的周期性光滑臺(tái)階形貌。步驟F:完成氫刻蝕后，降溫至1000°C，通入流量為4L/min的氫氣保持15分鐘；降溫至850°C，通入流量為lml/min的SiH4，保持10分鐘；停止通氣，升溫至1000°C，保持10分鐘；升溫至1100°C，維持10分鐘。步驟G:向反應(yīng)室中通入流速分別為95sccm和5sccm的Ar氣和Cl2氣，時(shí)間為3分鐘，使Cl2與3C-SiC反應(yīng)生成面積為12英寸的碳膜。步驟H:將生成的碳膜樣片放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中的基底載玻片上，基底到靶材的距離為50cm，將反應(yīng)室壓強(qiáng)抽至5X 10_4Pa，調(diào)節(jié)束流為40mA，蒸發(fā)20min，在碳膜上沉積一層500nm厚的Ni膜。步驟1:將鍍有Ni膜的樣片置于流速為30sccm的Ar氣中，在溫度為800°C下退火30分鐘，使碳膜重構(gòu)成連續(xù)的石墨烯，獲得石墨烯樣片。步驟J:將生成的石墨烯樣片置于鹽酸和硫酸銅的混合溶液中去除Ni膜，得到12英寸的大面積石墨烯材料。`
權(quán)利要求
1.一種基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，包括以下步驟: (1)依次用氨水和雙氧水的混合溶液、鹽酸和雙氧水的混合溶液對(duì)4英寸 12英寸的Si襯底進(jìn)行清洗； (2)將清洗后的Si襯底放入CVD系統(tǒng)反應(yīng)室中，對(duì)反應(yīng)室抽真空達(dá)到10_7mbar級(jí)別； (3)在H2保護(hù)的情況下逐步升溫至碳化溫度900°C 1200°C，通入流量為30ml/min的C3H8,對(duì)襯底進(jìn)行碳化5min IOmin,生長(zhǎng)一層碳化層； (4)迅速升溫至3C-SiC生長(zhǎng)溫度1200°C 1300°C，通入C3H8和SiH4,進(jìn)行3C_SiC異質(zhì)外延薄膜的生長(zhǎng)，時(shí)間為30min 60min，然后在H2保護(hù)下逐步降溫至室溫，完成3C_SiC外延薄膜的生長(zhǎng)； (5)將生長(zhǎng)好的3C-SiC樣片放入石墨烯生長(zhǎng)設(shè)備中，打開(kāi)加熱電源，加熱反應(yīng)室至1600°C，對(duì)3C-SiC襯底進(jìn)行氫刻蝕，以去除3C-SiC襯底表面的劃痕和缺陷； (6)去除氫刻蝕步驟生成的化合物； (7)調(diào)整石墨烯生長(zhǎng)裝置的加熱源功率，將反應(yīng)室溫度調(diào)整為700°C 1100°C，打開(kāi)通氣閥門，向生長(zhǎng)裝置中通入Ar氣和Cl2并在混氣室中充分混合后，由氣體通道流入石英管反應(yīng)室中，持續(xù)時(shí)間3min 5min，使Cl2與3C_SiC反應(yīng)，在3C_SiC表面生成碳膜； (8)在生成的碳膜上采用電子束沉積300nm 500nm厚的Ni膜； (9)將沉積有Ni膜的碳膜樣片再次放入石墨烯生長(zhǎng)裝置中，升溫至800°C 1000°C，并通入Ar氣退火IOmin 30min,使Ni膜覆蓋下的碳膜重構(gòu)成石墨烯,獲得石墨烯樣片； (10)將石墨烯樣片置于HCl和CuSO4溶液中以去除Ni膜，獲得4英寸 12英寸的大面積石墨烯材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，其特征在于步驟(4)所述的通入SiH4和C3H8,其流量分別為20sccm 30sccm和40sccm 60sccm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Ni膜退火的Si襯底上大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟(5)中氫刻蝕的工藝參數(shù)為=H2流量為70L/min 100L/min，刻蝕時(shí)間為30min 50mino
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Ni膜退火的Si襯底上大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟(6)中去除氫刻蝕生成的化合物，其主要步驟是: (6a)完成氫刻蝕后，降溫至1000°C，通入流量為2L/min 4L/min的氫氣保持15分鐘； (6b)降溫至850°C，通入流量為0.4ml/min 1.0ml/min的SiH4，保持10分鐘； (6c)停止通氣，升溫至1000°C，保持10分鐘； (6d)升溫至1100。。，維持10分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，其特征在于步驟(7)所述的通入Ar氣和Cl2氣，其流速分別為95sccm 98sccm和5sccm 2sccm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟(8)中電子束沉積的條件為基底到靶材的距離為50cm，反應(yīng)室壓強(qiáng)為5 X 10 4Pa,束流為40mA,蒸發(fā)時(shí)間為10_20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，其特征在于所述步驟(9)退火時(shí)Ar氣的流速為30sccm 90sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Ni膜退火和氯氣反應(yīng)的大面積石墨烯制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中制備的石墨烯連續(xù)性不好、孔隙率高的問(wèn)題。其制作步驟為(1)在4英寸～12英寸的Si襯底基片上先生長(zhǎng)一層碳化層作為過(guò)渡；(2)在溫度為1200℃～1300℃下利用氣源C3H8和SiH4生長(zhǎng)3C-SiC外延薄膜；(3)對(duì)3C-SiC薄膜進(jìn)行氫刻蝕，并去除刻蝕產(chǎn)生的化合物；(4)將3C-SiC在700℃～1100℃下與Cl2反應(yīng)，生成碳膜；(5)在生成的碳膜上電子束沉積一層Ni膜；(6)將鍍有Ni的樣片置于Ar氣中，在溫度為800℃～1000℃下退火10min～30min生成石墨烯；(7)利用鹽酸和硫酸銅的混合溶液去除Ni膜，得到4英寸～12英寸的石墨烯。本發(fā)明生成的石墨烯面積大，連續(xù)性好，表面光滑，孔隙率低，可用于制作太陽(yáng)能電池，光子傳感器。
文檔編號(hào)C01B31/04GK103183338SQ20131007898
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者郭輝, 張豐, 張玉明, 韋超, 雷天民 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)