[发明专利]一种硅面SiC外延石墨烯液相氟插层方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种硅面SiC上石墨烯插层的方法，特别是一种简便的，液相的对硅面SiC上石墨烯插层的从而去除衬底耦合效应的方法。

背景技术

石墨烯是一种六方蜂窝状单层碳原子结构的材料，有着众多优良的电学性质。尤其是其具有最高的迁移率（200000cm²/V·s），及双极性场效应，使其在微电子领域有着巨大的引用潜力，在微纳电子领域，极有可能成为Si材料的的替代品。而在机械剥离法、化学气相沉积、氧化还原法等众多制备石墨烯的方法中，由于热解SiC法制备外延石墨烯的制备工艺与硅平面工艺兼容及其外延生长的特性，使得热解SiC法成为最适于微电子领域的石墨烯制备方法。采用热解法在碳面SiC上生长外延石墨烯可以获得迁移率较高的外延石墨烯，但是通常其厚度都在五层以上，因而如果制成场效应晶体管其场效应很微弱。在硅面SiC上生长外延石墨烯虽然可以把石墨烯的厚度控制在1～2层。但是由于生长机制的原因，热解SiC过程中会在SiC衬底及外延石墨烯的界面形成一层碳原子重构层（又称缓冲层），缓冲层的存在会劣化上层外延石墨烯的电输运性质，最直接表现为电子子浓度的增大和迁移率的大幅下降。这严重的制约了硅面SiC上生长的外延石墨烯的应用。

目前，去除缓冲层对上层石墨烯影响的方法主要是通过插层工艺，达到去除衬底和石墨烯的耦合效应的目的。常见的插层主要分为氢、氧和氟等气相插层方法，或者金、硅和钠等固相插层方法。这些插层方法虽然有有效的部分去除缓冲层对石墨烯的影响，但是这些方法对设备要求非常高，需要超高真空环境、原子气源或者精确控制金属的生长厚度。而本发明提出一种简单有效的，液相的氟插层方法，可以实现对硅面SiC衬底上石墨烯插层去耦合。发明内容

本发明的目的在于提供一种简便的对硅面上生长的外延石墨烯的液相氟插层方法，能够打断缓冲层碳原子重构层）和SiC之间的共价键，并插入氟，去除硅面SiC衬底和外延石墨烯的耦合效应。

本发明技术方案如下：

一种硅面SiC外延石墨烯液相氟插层方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：对硅面SiC衬底上生长的外延石墨烯待插层样品进行清洁处理，以去除所述待插层样品表面的污染物。具体清洁方法可顺序采用丙酮、无水乙醇洗净所述待插层样品后用去离子水冲洗，随后用氮气吹干。

步骤2：配制氢氟酸和浓硝酸的混合酸溶液。采用质量浓度为47%～51%的氢氟酸和质量浓度为65%的浓硝酸按照1∶1的体积比配制氢氟酸和浓硝酸的混合酸溶液。

步骤3：经步骤1处理后的待插层样品室温下浸泡于步骤2所配制的混合酸溶液中，并在通风良好的环境下投入金属钼，使得所述混合酸溶液与金属钼发生剧烈反应，并生成大量NO₂气体。

步骤4：待步骤3所述过程持续10～20小时后，将硅面SiC衬底上生长的外延石墨烯样品取出，清洁（以去除样品表面的残留物）、烘干后得插层处理后的硅面SiC衬底上生长的外延石墨烯样品。步骤4中所述清洁处理过程与步骤1相同，而烘干温度为80～100℃，烘干时间为5～10分钟。

本发明提供了一种对设备要求较低，反应交易控制的液相插层方法，对硅面SiC表面生长的外延石墨烯进行插层处理，利用氢氟酸和浓硝酸的混合酸溶液与金属钼反应产生的氟钼酸类化合物与SiC表面与石墨烯之间的缓冲层进行反应，最终氟离子打断缓冲层与SiC衬底的共价键，并饱和SiC衬底表面的Si悬挂键，形成氟插层结构，并使得部分缓冲层转化成石墨烯，从而达到最终消除SiC衬底与石墨烯之间的耦合效应。整个插层处理过程简单、易控，成本低廉，能够满足大批量工业生产需求。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

图2为生长在硅面SiC衬底上外延石墨烯的结构示意图。其中1为硅面SiC衬底，2为悬挂建，3为缓冲层与SiC衬底的共价键，4为缓冲层，5为外延石墨烯。

图3为插层处理后硅面SiC衬底上外延石墨烯的结构示意图。其中1为硅面SiC衬底，5为外延石墨烯，6为插层氟与SiC衬底的共价键，7为插层氟，8为转换成石墨烯的缓冲层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。