[发明专利]一种SiC衬底转移石墨烯的退火工艺及制做的器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及石墨烯转移到半导体衬底的退火方法，特别是一种基于SiC衬底的退火方法，可通过转移到衬底后的退火改变石墨烯材料的性质。

背景技术

由摩尔定律统治的集成电路产业在过去的几十年里得到了飞速的发展，以Si为基石的集成电路设计制造业创造了集成密度每18个月翻一翻的神话，为社会发展提供了难以估量的积极贡献。随着Si基工艺的不断进步，以CMOS为设计单元的集成电路设计制造迎来了一个瓶颈时期，摩尔定律的继续受到了光刻工艺、量子效应、能耗等诸多挑战，科学家希望找到一种替代材料可以补充甚至代替Si作为集成电路基础材料，石墨烯作为一种新兴的二维材料，一出现就引起了广泛的兴趣关注。石墨烯的迁移率在室温下可以达到200000cm-2v-1s-1，具有制作高速器件的巨大潜力。同时具有很高的热导率，远远高于铜的导热率，甚至高于金刚石。

然而尽管石墨烯材料具有以上所述的众多优点，这种特殊的材料缺缺少了普通半导体材料的一个重要共同特征——禁带。石墨烯材料没有禁带，限制了掺杂调节石墨烯电学性质的能力。更甚者，由于没有禁带，石墨烯制作的器件不能关断，为石墨烯在数字电路中发挥高速特性设置了障碍。为了使石墨烯具有禁带，人们发明了若干方法，例如利用波函数限域制作石墨烯纳米带，制作双层石墨烯，施加单轴应变引入禁带等办法。可惜，由于纳米带、双层石墨烯的制备手段复杂，难以实现大规模应用。一个可行的方法是通过调节衬底对上层石墨烯的影响来开启禁带。

然而，使用常规转移方法转移到普通衬底上的石墨烯缺陷多接触差，难以对石墨烯形成有效的影响，因此急需发明一种合适的转移后处理方法。

发明内容

本发明的目的在于使用合适的退火工艺建立SiC衬底对石墨烯的影响，进而在石墨烯中引入禁带，为制作数字逻辑可关断器件做好准备，提供一种改善衬底接触的转移后退火方法。

实现本发明目的技术关键是：采用高温退火的方式，修复衬底转移过程中产生的石墨烯缺陷，进一步去除转移过程中没能去除或是新引进的杂质。同时，高温退火还可以使衬底与石墨烯接触得到改善，建立预期的衬底影响，在石墨烯中引入禁带。

本发明的实现步骤包括如下：一种SiC衬底转移石墨烯的退火工艺，采用高温退火的方式，修复衬底转移过程中产生的石墨烯缺陷，进一步去除转移过程中没能去除或是新引进的杂质；同时高温退火，在石墨烯中引入禁带。

进一步，所述退火工艺实现步骤如下：

将铜箔放在反应室内，向反应室通入H₂，对铜箔进行处理；

向反应室通入Ar和CH₄；

在Fe(NOX)₃水溶液中浸泡30-60min，使用GaN衬底打捞起来，在空气中加热60min，温度保持在150-200℃；

放入丙酮中浸泡24小时彻底去除残留的PMMA；

分别用无水乙醇和去离子水漂洗，高纯N₂吹干；

反应室抽真空，再通入Ar气，气压0.01-0.1Torr，温度上升到100-200℃，保持30-40min；

再通入Ar和H₂的混合气，混合比例为10∶1-1∶1，气压维持在0.01-0.1Torr，退火温度为1000-1100℃，退火时间1-2h。

进一步，将铜箔放在反应室内，向反应室通入H₂，对铜箔进行处理，流量1-20sccm，温度900-1000℃，时间20-60min，气压1-50Torr；

进一步，向反应室通入Ar和CH₄，保持Ar和CH₄的流量比为10∶1-2∶1，Ar流量20-200sccm，CH₄流量1-20sccm，气压维持在0.1-1Torr，温度900-1100℃，升温和保持时间共20-60min；

进一步，在0.05g/m1-0.15g/m1 Fe(NO₄)₃水溶液中浸泡30-60min，使用GaN衬底打捞起来，在空气中加热60min，温度保持在150-200℃。

进一步，再通入Ar和H₂的混合气，混合比例为10∶1-1∶1，气压维持在0.01-0.1Torr，退火温度为1000-1100℃，退火时间1-2h。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述的SiC衬底转移石墨烯的退火工艺制做的器件本发明具有如下优点：