[发明专利]基于水处理辅助机制的石墨烯制备方法

说明书

本公开提供一种基于水处理辅助机制的石墨烯的制备方法，包括步骤如下：提供一基底，基底置于反应腔室；对基底进行退火预处理；通入碳源，于退火预处理后的基底上进行化学气相沉积反应生长石墨烯；其中，退火预处理还包括引入水蒸气于反应腔室以刻蚀基底表面，石墨烯于刻蚀后的基底表面生长。该方法通过在生长石墨烯之前先在水辅助下对基底表面进行退火预处理，使得石墨烯可在绝缘基底上直接生长高质量、大面积的石墨烯，在半导体领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本公开涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种基于水处理辅助机制的石墨烯制备方法。

背景技术

石墨烯，即石墨的单原子层(厚度约为0.34nm)，是碳原子以sp²碳- 碳键形成的以六角蜂窝状排列的二维晶体结构。石墨烯材料集多种优异性能于一身，它具有非常好的导热性、良好的机械强度、超高的载流子迁移率、优异的导电性和与层数相关的高透光性等独特性能。与半导体材料相比，石墨烯具有极高的化学稳定性，在微电子、信息技术、微纳传感器、新能源、环境、生物医学等领域的体现了巨大应用潜能。尤其是其电子迁移率高于硅材料两个数量级，石墨烯材料有望取代半导体工业中的硅材料。

目前得到的大面积高质量的石墨烯主要是在金属基底上，在绝缘基底上的石墨烯质量远不能与其相媲美。但在应用中，金属基底上的石墨烯免不了转移到绝缘基底上与半导体技术集成应用，其转移过程复杂，并且转移过程中会造成石墨烯的破坏，所以在绝缘基底上制备高质量、大面积的石墨烯是在半导体应用中的关键技术。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于水处理辅助机制的石墨烯制备方法，该方法通过在生长石墨烯之前先在水辅助下对基底表面进行退火预处理，使得石墨烯可在绝缘基底上直接生长高质量、大面积的石墨烯，在半导体领域具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种石墨烯的制备方法，包括步骤如下：提供一基底，基底置于反应腔室；对基底进行退火预处理；通入碳源，于退火预处理后的基底上进行化学气相沉积反应生长石墨烯；其中，退火预处理还包括引入水蒸气于反应腔室以刻蚀基底表面，石墨烯于刻蚀后的基底表面生长。

根据本公开的一个实施方式，水蒸气通过载气鼓泡的方式引入反应腔室。

根据本公开的一个实施方式，引入水蒸气前，还包括通入惰性气体于反应腔室进行洗气处理，洗气处理后，继续通入惰性气体直至化学气相沉积反应结束。

根据本公开的一个实施方式，还包括通入惰性气体的同时通入氢气于所述反应腔室，直至化学气相沉积反应结束。

根据本公开的一个实施方式，退火预处理后，继续引入水蒸气于反应腔室，直至化学气相沉积反应结束。

根据本公开的一个实施方式，退火预处理中，惰性气体的流量为 500sccm～1000sccm，载气的流量为100sccm～400sccm，氢气的流量为 40sccm～60sccm。

根据本公开的一个实施方式，化学气相沉积反应中，惰性气体的流量为 500sccm～1000sccm，载气的流量为100sccm～400sccm，氢气流量为400 sccm～600sccm，载气与惰性气体的流量和与氢气的流量比为(1～3):1。

根据本公开的一个实施方式，载气和惰性气体各自独立地选自氩气和氮气中的一种或多种。

根据本公开的一个实施方式，退火预处理的温度为1000℃～1200℃，预处理时间为5min～30min；化学气相沉积反应温度为1000℃～1200℃，反应时间为180min～600min；化学气相沉积反应为常压化学气相沉积反应。