[发明专利]一种在碳化硅衬底上外延生长石墨烯的方法及装置

权利要求书

1.一种在碳化硅衬底上外延生长石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）将碳化硅衬底放入石墨板上，所述石墨板位于坩埚内，将所述坩埚置于加热炉内；

（2）使用电子束将坩埚加热至2000℃以上，加热的时间为5~15min，使碳化硅衬底的表面平整化；

（3）控制加热炉的温度为1300~1600℃，使步骤（2）的碳化硅衬底表面形成石墨烯层；在生长阶段未使用氢气刻蚀；

步骤（2）中，使用电子束加热时，控制坩埚转动；控制坩埚转动的速率为20~50r/h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述电子束的功率为20~50W、频率为40~100KHz、速度为0.1~5m/s，脉冲宽度为200~600ns。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述电子束的功率为25~30W、频率为50~80KHz、速度为1~2m/s，脉冲宽度为300~400ns。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化硅衬底表面的平整度为0.1~10nm。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化硅衬底表面的平整度为0.5~5nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，使用电子束加热前，将加热炉抽真空。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用电子束加热前，将加热炉抽真空至压力为10^-10mbar。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，还控制加热炉内的压力为100~300mbar，生长时间为1~5h。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，控制加热炉内的温度为1400~1500℃，压力为150~250mbar，生长时间为2~3h。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，还包括降温的步骤，所述降温的步骤包括：以50~150℃/h的速率降温至室温。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）和步骤（3）之间，还包括除杂的步骤，所述除杂的步骤包括：控制加热炉内的温度为1100~1400℃，通入惰性气体至压力为50~200mbar，保持0.5~4h，以去除硅气氛和杂质气氛。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，控制加热炉内的温度为1200~1300℃，通入惰性气体至压力为100~150mbar，保持1~2h。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述惰性气体选自氦气或氩气。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将多个碳化硅衬底放入石墨板上，所述石墨板上设置有多个放置碳化硅衬底的安装槽，所述石墨板沿坩埚的轴向延伸。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述石墨板的导热系数为5~50W/(m×k)，所述坩埚的导热系数为10~100W/(m×k) 。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述衬底选自合格衬底或不合格衬底。