[发明专利]蓝宝石衬底转移石墨烯的退火方法

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，特别是一种基于蓝宝石(Al2O3)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

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，在众多奇特的性质中，石墨烯的迁移率在室温下可以达到200000cm-2v-ls-1，石墨烯之所以具有这样高的迁移率，是由它独特的能带结构所造成的——理论上石墨烯的载流子有效质量为零。正是因为石墨烯具有这么优异的电学性质，所以被认为具备制作高速高频器件的巨大潜力。

目前制备石墨烯的方法主要有三种：微机械剥离法、热解SiC法以及过渡族金属衬底CVD生长法，其中金属衬底CVD生长法被认为是大量经济的制作器件的最有前景的方案。通常，CVD外延生长是以Cu作为衬底材料，所以为了后续制作器件，首先必须把Cu衬底表面附着的石墨烯转移到绝缘衬底上。常用的衬底有高纯Si、二氧化硅、蓝宝石等等。蓝宝石衬底是常用于异质外延生长的衬底，GaN等III-V宽禁带半导体与蓝宝石衬底失配较小，常以蓝宝石衬底为基外延生长，同时c面蓝宝石的表面为六方结构，与二维石墨烯的结构相似。把石墨烯转移至蓝宝石衬底上，为与蓝宝石衬底上GaN材料集成制作高频高功率器件提供可能。另外，蓝宝石衬底对石墨烯的表面声子散射效应较小可以尽量消除对石墨烯的不利影响。

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方法处理蓝宝石衬底对石墨烯的影响，优化石墨烯在蓝宝石衬底上附着时的电学性质，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：采用低温退火的方式，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，低温退火还可以使衬底与石墨烯接触得到改善。其实现步骤包括如下：

2、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；

3、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；

(3)在0.05g/ml-0.15g/ml的Fe(NO₄)₃水溶液中浸泡30-60min，使用蓝宝石衬底打捞起来，在空气中加热60min，温度保持在150-200℃；

(4)放入丙酮中浸泡24小时彻底去除残留的PMMA；

(5)分别用无水乙醇和去离子水漂洗，高纯N₂吹干；

(6)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；

(7)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200-600℃，退火时间1-2h。

用上述退火方法得到的转移石墨烯样品其特征在于：最终使转移石墨烯表面更洁净，缺陷更少，石墨烯平整，且与蓝宝石衬底接触更好。

本发明具有如下优点：

1.由于采用在H2气气氛中较低温度退火，有效的去除石墨烯表面吸附的水分子和其他杂质分子。

2.由于采用200-600℃的低退火温度，修复转移过程中形成的石墨烯缺陷，消除蓝宝石对石墨烯电学性质的不利影响。

附图说明

图1是本发明的蓝宝石衬底上石墨烯退火流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

参照图1，本发明给出如下实施例：

实施例1：

本发明的实现步骤如下：

步骤1，高温处理铜箔。

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5sccm，温度900℃，时间60min，气压15Torr。

步骤2，CVD成长石墨烯。