[发明专利]一种单层二维碳化硅晶体制备方法

说明书

本发明公开了一种单层二维碳化硅晶体制备方法，包括以下步骤：S1、采用过渡金属作为衬底材料，将衬底材料清洗干净，去除衬底材料表面的氧化层后，置于反应炉内；S2、将气相含碳化合物和气相含硅化合物作为原料通入密闭的反应炉内，将反应炉抽真空至真空度为1×10^‑5Pa‑1×10^‑4Pa，然后向反应炉内通入保护气体；S3、将反应炉升温到100℃‑1000℃，保温10‑100min，使得气相含碳化合物和气相含硅化合物在衬底材料上生长；S4、以1℃/min‑10℃/min的速率将反应率冷切到室温，得到单层二维碳化硅晶体材料。采用本发明所述的单层二维碳化硅晶体制备方法，能够解决现有的单层二维SiC材料制备温度要求高、条件苛刻，收率低的问题。

技术领域

本发明涉及碳化硅制备技术领域，尤其是涉及一种单层二维碳化硅晶体制备方法。

背景技术

第三代半导体材料在击穿电场、饱和电子速度、热导率、电子密度、电子迁移率等方面性能优异，在节能电力电子域、信息工程领域、国防领域、民用商业领域等多个领域拥有广阔应用前景。

目前，第三代半导体材料中SiC的技术与应用最为成熟，应用领域最为广泛，市场发展也最快。在电动汽车上用SiC模块取代IGBT作为功放器件，大幅降低Model3整体能耗，显著改善了电动汽车续航能力，极大地推动了SiC产业的蓬勃发展。

随着石墨烯独特的光、电、磁、奇异的魔角重叠石墨烯双层结构超导特性及其卓越的机械性能的发现，作为SiC材料的一个新的分支，二维SiC材料的研究在国内、国际吸引了越来越多的关注，并取得了阶段性成果。从理论研究到实验室合成，从结构稳定性到基础物理特性仿真预测，多方面结果显示，二维SiC材料具有一种从结构上类似于石墨烯的双元素Si-C SP²杂化的、稳定的平面结构，具有热容量高，其机械强度仅次于石墨烯。与石墨烯不同，二维SiC具有直带隙半导体特性，在光、电、磁应用的半导体产业具有巨大的应用潜力，可比肩或超越如火如荼的三维SiC第三代半导体材料。

单层二维SiC材料理论研究显示了其热力学稳定性，但是目前单层二维SiC制备温度较高，制备条件苛刻，并且收率低，无法满足商业上的大规模生产要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种单层二维碳化硅晶体制备方法，解决现有的单层二维SiC材料制备温度要求高、条件苛刻，收率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种单层二维碳化硅晶体制备方法，包括以下步骤：

S1、采用过渡金属作为衬底材料，将衬底材料清洗干净，去除衬底材料表面的氧化层后，置于反应炉内；

S2、将气相含碳化合物和气相含硅化合物作为原料通入密闭的反应炉内，将反应炉抽真空至真空度为1×10^-5Pa-1×10^-4Pa，然后向反应炉内通入保护气体；

S3、将反应炉升温到100℃-1000℃，保温10-100min，使得气相含碳化合物和气相含硅化合物在衬底材料上生长；

S4、以1℃/min-10℃/min的速率将反应率冷切到室温，得到单层二维碳化硅晶体材料。

优选的，所述S1中，过渡金属为镍、铬、铁、铜、钨或其二元、三元、四元合金。

优选的，所述S2中，气相含碳化合物为气化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯或乙炔中的一种或几种任意比例的混合气体。

优选的，所述S2中，气相含硅化合物为气化硅、硅烷、硅氯烷中的一种或几种任意比例的混合气体。

优选的，所述S2中，保护气体为氩气、氢气、氮气或氦气中的一种或几种任意比例的混合气体。

优选的，所述S2中，气相含碳化合物与气相含硅化合物的摩尔比为1:10-10:1。