[发明专利]一种多片碳化硅热解石墨烯制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及低维材料和新材料领域，具体涉及一种多片碳化硅热解石墨烯制备方法。

背景技术

石墨烯独特的性质包括：最薄、最牢固、高热导率、高硬度、高电子迁移率、零有效质量、高导热率等，在下一代光电器件、透明导电膜、传感器等领域有巨大的应用潜力。尤其是其电子迁移率在常温下超过15000cm²/Vs，被期待替代硅用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或光电器件。

石墨烯有很多制备方法，机械剥离法、化学剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法、碳化硅(SiC)热解法等；因碳化硅热解石墨烯无需进行衬底腐蚀、样品转移等繁琐的工作，降低了在转移过程中引入的缺陷、掺杂等因素的影响；同时SiC本身就是一种性能优越的半导体材料，更利于高性能电子器件设计及制备。因此，SiC热解石墨烯成被认为是有希望实现大规模工业化生产和大规模器件加工的技术途径。

尽管SiC热解石墨烯具有好的应用前景，但是要实现大规模工业化生产其稳定性与一致性仍待提高，产量与效率尚待解决。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多片碳化硅热解石墨烯制备方法，该方法可以同时在多片碳化硅获得厚度均匀的石墨烯，解决了大规模工业化生产石墨烯质量稳定性与一致性差、产量与效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多片碳化硅热解石墨烯制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将多片SiC衬底清洗后置于退火架上；

2)采用SiC高温热分解法，在所述SiC衬底的表面生长厚度均匀的石墨烯。

进一步，所述SiC衬底的晶型为4H、6H、3C、15R的单一晶型或这些晶型的混合物，导电类型为N型导电、高纯半绝缘，尺寸为2～8英寸。

进一步，所述退火架为石墨、碳化钽材质，同时可置1～20片SiC衬底。

进一步，所述SiC衬底径向温度梯度小于0.1℃/mm。

进一步，所述SiC高温热分解法中SiC高温热分解的温度为1000℃～2000℃。

进一步，所述SiC高温热分解法中SiC高温热分解的气氛为氩气或真空。

进一步，所述SiC高温热分解法中SiC高温热分解的气氛压强为5～100kPa。

进一步，所述SiC高温热分解法中SiC高温热分解的时间为1～60分钟。

进一步，所述SiC衬底的表面生长的石墨烯的层数介于1～10层之间。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明的工艺，可以同时在多片碳化硅衬底上获得厚度均匀的石墨烯，解决了大规模工业化生产石墨烯质量稳定性与一致性差、产量与效率低的问题。

综上，本发明的方法简单，同时在多片碳化硅衬底上获得厚度均匀的石墨烯，实现了大规模工业化生产，从而达到石墨烯生产质量高稳定性与高一致性、高产量与高效率的目的。

附图说明

图1为通过本发明的方法制备的石墨烯的原子力显微镜照片；

图2为通过本发明的方法制备的石墨烯的Raman谱。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

本发明提供了一种多片碳化硅热解石墨烯制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将多片SiC衬底清洗后置于退火架上；

2)采用SiC高温热分解法，在SiC衬底的表面生长厚度均匀的石墨烯。

本申请中SiC衬底的晶型为4H、6H、3C、15R的单一晶型或这些晶型的混合物，导电类型为N型导电、高纯半绝缘，尺寸为2～8英寸。

退火架为石墨、碳化钽材质，同时可置1～20片SiC衬底。SiC衬底径向温度梯度小于0.1℃/mm。

SiC高温热分解法中SiC高温热分解的温度为1000℃～2000℃。SiC高温热分解法中SiC高温热分解的气氛为氩气或真空。SiC高温热分解法中SiC高温热分解的气氛压强为5～100kPa。SiC高温热分解法中SiC高温热分解的时间为1～60分钟。

SiC衬底的表面生长的石墨烯的层数介于1～10层之间；可以通过调节退火温度、退火时间和环境气氛控制石墨烯的层数。