[发明专利]基于GaN衬底CVD外延生长石墨烯的化学腐蚀转移方法

摘要

本发明公开了一种基于GaN衬底CVD外延生长石墨烯的化学腐蚀转移方法，主要解决现有技术对石墨烯转移耗时，铜衬底浪费的问题。其实现步骤是：（1）将a面碳化硅置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室，通入镓源与氨气，生长a面GaN；（2）利用电子束蒸发在GaN上沉积Cu薄膜；（3）通入H2，对Cu薄膜热退火；（4）通入H2和CH4，通过化学气象淀积生长石墨烯；（5）在石墨烯表面旋涂光刻胶，并将其放入氢氧化钾溶液，借助激光加速腐蚀GaN中间层，再腐蚀去除掉下层Cu薄膜；（6）将薄膜腐蚀掉后所得的石墨烯光刻胶朝上置于绝缘衬底，风干后加热，再降温到室温后，放进丙酮中除掉上表面的光刻胶，完成石墨烯的转移。本发明具有转移时间短，节省Cu衬底的优点。

主权项

一种基于GaN衬底CVD外延生长石墨烯的化学腐蚀转移方法，包括如下步骤：（1）将a面碳化硅6H‑SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，向反应室通入镓源与氨气的混合气体，镓源流量为50‑200μmol/min，氨气流量为1000‑3000sccm，持续0.5‑1小时，生长出厚度为1‑3μm的a面GaN衬底；（2）将反应室抽真空，在保证气压不高于10‑6Torr的条件下，在GaN衬底上电子束蒸发沉积厚度为1‑2μm的Cu薄膜；（3）向反应室通入流量为1～20sccm的H2，升高反应室内温度至900～1000℃，对沉积的Cu薄膜进行热退火，退火时间为20～60min；（4）向反应室通入流量为20～200sccm的H2和流量为2～20sccm的CH4，通过化学气象淀积CVD生长石墨烯10～20min；（5）在反应室自然降温到室温后，取出生长样品，在石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，形成SiC衬底—GaN—Cu薄膜—石墨烯—PMMA的叠层结构样品；（6）对所述SiC衬底—GaN—Cu薄膜—石墨烯—PMMA的叠层结构样品进行风干，并将风干后的样品放入浓度为0.5g/ml的氢氧化钾溶液中，通过腐蚀去除掉样品中的GaN层，使SiC衬底从叠层结构中剥离，形成Cu薄膜—石墨烯—PMMA的叠层样品；（7）从氢氧化钾溶液中取出Cu薄膜—石墨烯—PMMA的叠层样品，使其PMMA面漂浮在浓度为50g/L‑70g/L的(NH4)3(S2O4)2水溶液液面上，通过腐蚀去除掉样品中的最下层Cu薄膜，形成石墨烯—PMMA的叠层样品；（8）将石墨烯—PMMA叠层样品从(NH4)3(S2O4)2水溶液中捞起，置于绝缘衬底上风干，再在120℃条件下加热30min，得到绝缘衬底—石墨烯—PMMA的叠层样品；（9）将绝缘衬底—石墨烯—PMMA的叠层样品自然降温到室温，再放入丙酮中浸泡，利用丙酮去除掉样品表面的PMMA，形成绝缘衬底—石墨烯样品，实现石墨烯向绝缘衬底的转移；（10）用无水乙醇漂洗绝缘衬底—石墨烯样品，最后用纯氮气吹干，得到干净的绝缘衬底石墨烯。