[发明专利]一种在半绝缘硅面碳化硅上原位外延生长石墨烯PN结的方法

权利要求书

1.一种在半绝缘硅面碳化硅(SiC(0001))晶片上原位外延生长石墨烯PN结的方法，包括下述步骤：

1)提供半绝缘硅面碳化硅晶片，清洗干净并干燥；

2)将步骤1)得到的半绝缘硅面碳化硅晶片进行选区硼离子注入；

3)将步骤2)得到的半绝缘硅面碳化硅晶片置于具有保护性气氛的生长炉中进行热退火处理；

4)在具有保护性气氛的生长炉中以高温热分解法处理步骤3)得到的半绝缘硅面碳化硅晶片，得到在碳化硅衬底上原位外延生长的石墨烯PN结；

优选地，所述半绝缘硅面碳化硅晶片的晶型是4H晶型或6H晶型。更优选地，所述半绝缘硅面碳化硅晶片的电阻率大于10⁵Ω·cm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：在步骤1)中，将干燥后的半绝缘硅面碳化硅晶片进行表面刻蚀处理。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2)是通过包括下述步骤的方法实现的：

在所述步骤1)得到的半绝缘硅面碳化硅晶片表面上设置掩膜材料并刻蚀图形，然后根据所述图形在所述半绝缘硅面碳化硅晶片表面注入硼离子，离子注入完成后去除所述掩膜材料；

所述图形优选为周期图形。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述掩膜材料选自固体遮挡物、光刻胶和应用于电子束刻蚀的抗蚀剂中的一种或几种，优选地，所述掩膜材料是厚度为0.2～10μm的光刻胶，更优选地，所述掩膜材料是厚度为1～3μm的光刻胶。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤2)的硼离子注入的硼离子能量为4～40keV；所述硼离子注入的剂量为10¹⁰cm^-2～10¹⁸cm^-2，优选为10¹³cm^-2～10¹⁶cm^-2；所述硼离子注入的注入深度小于500nm，优选为5-100nm。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述保护性气氛为惰性气体或惰性气体与氢气的混合气，所述惰性气体选自氦、氖、氩、氪和氙中的一种或多种。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3)是通过包括下述步骤的方法实现的：

将步骤2)得到的半绝缘硅面碳化硅晶片置入具有气压为1-100kPa的保护性气氛的生长炉中，加热至温度1000-1500℃，保温1-5小时。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤4)是通过包括下述步骤的方法实现的：

将所述步骤3)得到的半绝缘硅面碳化硅晶片置于温度为1100-2000℃、气压小于100Pa的具有保护性气氛的生长炉中,持续10-90分钟，优选地，所述气压为1～50Pa。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3)和步骤4)在同一生长炉中连续接替进行。

10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3)和步骤4)在不同的生长炉中依次进行。