[发明专利]局域供碳装置及局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法

权利要求书

1.一种局域供碳装置，其特征在于，所述局域供碳装置包括：第一基片、第二基片及支撑单元；

所述第一基片与第二基片上下对应分布；

所述支撑单元为垫片，所述垫片依据所述第一基片及所述第二基片的四个顶角间隔分布于所述第一基片与所述第二基片之间，所述支撑单元适于支撑所述第一基片及第二基片，且使所述第一基片及第二基片保持一定的间距；

所述第一基片或第二基片上设有通孔，所述通孔位于所述第一基片或所述第二基片的中心。

2.根据权利要求1所述的局域供碳装置，其特征在于：所述支撑单元位于所述第一基片及第二基片之间，且一端与所述第一基片相接触，另一端与所述第二基片相接触。

3.根据权利要求1所述的局域供碳装置，其特征在于：所述第一基片及第二基片为石英片或陶瓷片。

4.根据权利要求1所述的局域供碳装置，其特征在于：所述第一基片与第二基片之间的间距为0.1mm～5mm；所述通孔的孔径为0.2mm～5mm。

5.一种局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于，包括步骤：

提供如权利要求1至4中任一项所述的局域供碳装置；

制备镍铜合金衬底，并将所述镍铜合金衬底置于所述局域供碳装置内；

将放置有所述镍铜合金衬底的所述局域供碳装置置于化学气相沉积系统的腔室中，使所述镍铜合金衬底处于预设温度下的由还原气体和惰性气体的混合气体形成的保护气氛中，在所述局域供碳装置中通入气态碳源，从而在所述镍铜合金衬底上生长石墨烯单晶。

6.根据权利要求5所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：制备所述镍铜合金衬底的方法包括：

提供一铜箔；

采用电镀、蒸镀或磁控溅射工艺在所述铜箔表面沉积镍层形成镍-铜双层衬底；

将所述镍-铜双层衬底进行退火处理，形成所述镍铜合金衬底。

7.根据权利要求6所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：对所述镍-铜双层衬底进行退火处理的具体方法为：将所述镍-铜双层衬底置于所述局域供碳装置内，并将放置有所述镍-铜双层衬底的所述局域供碳装置置于压强为20Pa～10⁵Pa的化学气相沉积系统的腔室中，使所述镍-铜双层衬底处于900℃～1100℃下的由氢气和氩气的混合气体形成的保护气氛下进行退火处理10分钟～300分钟；其中，氢气和氩气的体积比为1:10～1:200。

8.根据权利要求6所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：在进行所述镍层沉积之前还包括对所述铜箔进行退火处理的步骤；对所述铜箔进行退火处理的过程在常压下进行，并通入氢气和氩气的混合气体，退火温度为1000℃～1080℃，退火时间为10分钟～300分钟；其中，氢气和氩气的体积比为1:2～1:30。

9.根据权利要求8所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：在对所述铜箔进行退火处理之前还包括将所述铜箔进行电化学抛光的步骤。

10.根据权利要求6所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：所述镍铜合金衬底位于与设有所述通孔的基片相对应的基片上，且所述镍铜合金衬底的中心与所述通孔上下对应。

11.根据权利要求5所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：所述镍铜合金衬底中镍原子占镍铜原子总数的比例为10％～20％，镍原子和铜原子总数占所述镍铜合金衬底中原子总数的比例大于99.9％。

12.根据权利要求5所述的局域供碳制备晶圆级石墨烯单晶的方法，其特征在于：在所述镍铜合金衬底上生长石墨烯单晶的过程中，所述腔室内的压强为20Pa～10⁵Pa；所述预设温度为900℃～1100℃；所述还原气体为氢气，所述惰性气体为氩气，且所述氢气的流量为5sccm～200sccm，所述氩气的流量为300sccm～2000sccm；所述气态碳源的流量为5sccm～100sccm；生长时间为10分钟～180分钟。