[发明专利]外延生长碳化硅‑石墨烯薄膜的制备方法

摘要

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种外延生长碳化硅‑石墨烯薄膜的制备方法。外延生长碳化硅‑石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）碳化硅‑石墨烯制备；（2）碳化硅‑石墨烯薄膜外延生长。本发明实现碳化硅‑石墨烯的连续生长，从而省去了目前常用在碳化硅上生长石墨烯所需的氢气刻蚀及重新制造富硅集的步骤，减少氢气刻蚀带来的晶格缺陷和表面硅富集严重削减现象。并且石墨烯具有较少的缺陷，层数在４层左右且均匀分布，具有较好的晶体质量。

主权项

外延生长碳化硅‑石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）碳化硅‑石墨烯制备对碳化硅衬底进行清洗预处理，清洗完成后直接把SiC衬底硅面朝上，放入设备中准备外延生长，（2）碳化硅‑石墨烯薄膜外延生长第一步，首先进行4H‑SiC的同质外延生长：将腔室真空度降至8×10‑4Pa 以下，持续通入7L/min 的H2，将腔室温度从室温逐步升至1600℃；在1600℃下保持10min 作为预生长阶段，然后通入9~15mL/min 的SiH4和2~6mL/min 的C3H8生长60min，此时衬底表面的划痕、缺陷被填平覆盖，形成性能优异的新SiC表面；最后将设备温度降至1000℃同时继续通Ar保护，使SiC 形成3×3SiC的稳定结构，并且朝上的面仍然为Si面；第二步，进行在4H‑SiC上的石墨烯外延生长：腔体持续通入1L/min的Ar，压力保持在133Pa，这样可以抑制SiC中Si 原子的过快升华，提过石墨烯的生成质量；先将腔体温度从1000℃上升到1100℃，稳定10min，随着温度的上升，SiC由3×3SiC 结构逐渐转变为1×1SiC结构，最终在1100℃稳定为3×3SiC 结构；随后将温度升至1200℃形成63×63R30°的过渡缓冲层结构；再将温度升至1300~1600℃并保持30~50min，表面结构逐渐从63×63R30°转变为1×1grphene 结构，最后降温至室温得到稳定的石墨烯。