[发明专利]基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法

权利要求书

1.一种基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法，包括如下步骤：

（1）将圆片级的衬底放入MOCVD生长室，向反应室通入H₂进行衬底表面预处理，其工艺条件为：气体流量1～20sccm，反应室真空度0.1～1Torr，衬底温度900～1000℃，预处理时间1～10min；

（2）向反应室通入五戊铜，原位淀积过渡族金属薄膜1～5μm，其工艺条件为：反应室气压0.1～5Torr，五戊铜流量100～1000sccm，衬底温度100～700℃，时间1～5h；

（3）向反应室通入H₂，对淀积的金属薄膜进行原位退火，其工艺条件为：H₂流量1～20sccm，温度900～1000℃，时间20～60min，气压1～50Torr；

（4）向反应室通入Ar和CH₄，并进行升温，在1000～1100℃的高温下，使CH₄分解为C原子，并溶解于金属薄膜中或吸附于金属薄膜的表面，其工艺条件为：Ar流量20～200sccm，CH₄流量1～20sccm，反应室气压0.1～1Torr，升温和保持时间共20～60min；

（5）维持步骤（4）中的工艺条件不变，再向反应室通入流量为0.1～5sccm的BH₃，使B原子溶解于金属薄膜中或吸附于金属薄膜的表面；

（6）保持步骤（4）中的Ar和CH₄流量不变，将反应室自然降温到100℃以下，使C原子从金属薄膜中偏析出来，形成石墨烯薄膜。

2.根据权利要求1所述基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法，其中，步骤（1）所述的圆片级的衬底包括Si/SiO₂、Si/SiN、Al₂O₃、Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-xN、Mg_xZn_1-xO和SiC。

3.根据权利要求1所述基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法，其中步骤（3）所述的对淀积的金属薄膜进行原位退火，按如下步骤进行：

（3a）在保持升温速度为5℃/min的条件下，将反应室温度升高至900～1000℃；

（3b）向反应室通入流量为1～20sccm的H₂，保持反应室气压为1～50Torr，在H₂氛围中，使金属薄膜的氧化作用被抑制；

（3c）保持（3b）的工艺条件20～60min，再关闭H₂；

（3d）在保持升温速度为2℃/min的条件下，将反应室温度升高至1000～1100℃，原位退火结束。

4.根据权利要求1所述基于MOCVD设备的圆片级石墨烯可控外延方法，其中所述步骤（6）形成的石墨烯薄膜，其层数为1～5层。