[发明专利]在碳化硅(SiC)基底上外延生长石墨烯的方法

摘要

本发明公开了一种新型半导体薄膜材料石墨烯在碳化硅(SiC)基底上外延生长，这种石墨烯在电子束轰击下，强制形核并可控生长。石墨烯的层数可以控制在6层以下，生成区域的平均直径可达厘米量级。制备方法采用真空脉冲电子束轰击。先将SiC去位清洗并将表面氢蚀成原子级平整度的原子台阶。在真空腔中对SiC采用脉冲电子束轰击，形成的石墨烯连成一片；旋转靶台，继续轰击，新生成的石墨烯会与先生成的合并；重复这一过程，可以制备大面积的石墨烯。扫描隧道显微镜(STM)研究表明通过本发明脉冲电子束法可以在SiC表面上形成高质量石墨烯。

主权项

一种在碳化硅(SiC)基底上外延生长碳纳米薄膜石墨烯的方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：(1)先将SiC基底进行去位清洗预处理，以消除表面氧化物和其它杂质；(2)将清洗后的SiC基底置于CVD管式炉中，先抽真空，真空度一般高于10-5Torr；然后通入氢氩混合气，在1500℃以上氢蚀，直到晶片表面达原子级平整度；(3)将氢蚀后的SiC基底置于脉冲电子束沉积系统(PED)真空腔中的靶台上；(4)将真空度调节到小于20mTorr；通过改变真空腔中原有的基底台的温度，对真空腔进行温度调控，调整真空腔中加热温度，使得靶台上SiC基底表面的温度在300℃以下；(5)采用真空电子束轰击基底，靶台上SiC基底表面被轰击区域的硅逐渐蒸发，剩余碳发生重构，并逐渐形成连续的石墨烯，旋转靶台继续轰击，先后形成的石墨烯连成一片，最终形成所需尺寸的石墨烯；(6)升高基底台温度到750℃以上，保持真空度在10-4Torr以下，退火以消除石墨烯在生长过程中形成的表面缺陷。