本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種在襯底上利用激光光束通過光柵加熱方法制備條紋寬度可控的單層石墨烯(Graphene)的方法，屬于半導(dǎo)體新型材料技術(shù)領(lǐng)域。石墨烯具有較高的電子傳輸特性、響應(yīng)頻率好和較寬光波段透明度的性質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速電子器件制備的優(yōu)化。因此實現(xiàn)生長優(yōu)質(zhì)的條紋狀石墨烯材料對于電子技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本發(fā)明專利技術(shù)利用激光通過光柵加熱襯底的方法制備條紋狀的單層石墨烯，省略了光刻步驟，一步完成，簡單易行，沒有附加物質(zhì)對生長材料的污染；同時，可以快速去除光束，具有降溫快等特點，可以減少不必要的多層石墨稀生長，有效的實現(xiàn)石墨烯單層生長，其特征在于用光柵得到分立的光束，進(jìn)而得到分立的條紋狀的單層石墨烯。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種在襯底上鍍鎳膜，利用激光加熱法制備條紋寬度可控的石墨烯， 屬于半導(dǎo)體材料
技術(shù)介紹
硅材料的加工極限一般認(rèn)為是IOnm線寬。受物理原理的制約，小于10納米后不太可能生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、集成度更高的產(chǎn)品。然而石墨烯的出現(xiàn)有望為研制超高速集成電路帶來突破。大面積生長的石墨烯可以作為集成電路中Si材料的替代，具有較高的電子傳輸特性、響應(yīng)頻率好和較寬光波段透明度的性質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)高速的電子器件制備的優(yōu)化。目前，生長石墨烯主要的方法是微機械分離法，化學(xué)還原法等方法，而CVD方法是生長石墨烯材料的有效手段，由于化學(xué)氣相沉積技術(shù)已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，其生產(chǎn)工藝十分成熟。而該方法一般采用電阻絲加熱的方式，但是此方式存在降溫速率慢，難于實現(xiàn)快速降溫，導(dǎo)致石墨烯的多層生長，因此需要一種新的生長方法，保證石墨稀的單層生長。集成電路制備需要特定的形狀，傳統(tǒng)制作有光刻、電子束刻蝕以及化學(xué)等方法。光刻步驟不僅需要特定的光線環(huán)境，光刻耗材昂貴，設(shè)備成本高，而且操作繁瑣等缺點。電子束刻蝕以及化學(xué)方法這些方法，過程復(fù)雜，成品率低，不適宜未來集成工藝的發(fā)展。而且上述兩種方法都需要且需要模板控制特定的圖形。本專利技術(shù)涉及一種利用激光加熱，且通過控制光束圖形得到不同條紋寬度的單層石墨稀的方法。其特點在于石墨稀寬度可控，適合在多種的襯底上生長；使用激光加熱替代傳統(tǒng)熱源，降低能耗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對
技術(shù)介紹
中提出的問題，本專利技術(shù)利用激光加熱法制備的石墨烯，可以實現(xiàn)其單層石墨稀的定向排列，并且能形成間隔條紋狀的石墨烯材料。可節(jié)省制作溝道步驟。采用激光加熱法制備間隔條紋狀的石墨烯，其步驟為激光參數(shù)，調(diào)整光路，使光束通過光柵，獲得的條紋分立，并且能正好照射在樣品上溫度達(dá)到900°C，3-5分鐘，通入氫氣和氬氣控制其流量均為200sCCm。關(guān)閉激光，從石英管內(nèi)取出樣品，，自然冷卻。(1)在襯底表面鍍500nm鎳膜退火處理，作為生長石墨烯的催化劑。(2)將襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以實現(xiàn)對襯底溫度的監(jiān)測，開啟激光器，調(diào)整激光光路和參數(shù)，使光束通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻?qū)?zhǔn)襯底上，開啟激光器。(3)先將氬氣通入密封的的石英管中，保持其流量為200SCCm，以確保排出石英管中的空氣，保持30分鐘后，將氫氣以相同的流量通入密封的石英管中保持五分鐘。(4)調(diào)整光柵參數(shù)，獲得不同寬度的條紋。(5)開啟激光器對準(zhǔn)選擇生長的襯底區(qū)域進(jìn)行加熱，溫度傳感器顯示溫度達(dá)到900向密封石英管內(nèi)通入甲烷(CH4)氣體作為反應(yīng)前驅(qū)源，流量為lOOsccm，持續(xù)3_5分鐘進(jìn)行石墨烯生長。(6)關(guān)閉激光器，去除光束，取出樣品，自然冷卻，得到不同條紋寬度的單層石墨烯樣品。具體實施方式11、將襯底經(jīng)過清洗處理，在其表面鍍500nm鎳膜，鍍膜時襯底無需加熱，氬氣或者氮氣保護(hù)。真空度達(dá)到2X KT7Torr，厚度均勻性士5%。2、通入氫氣和氬氣流量以400SCCm和200sCCm通入石英管式爐，將鍍鎳的藍(lán)寶石襯底在900°C進(jìn)行退火處理，持續(xù)5-10分鐘，使多晶鎳的晶粒團(tuán)聚，形成面積較大的晶粒， 這樣可以使生長在其表面的石墨烯晶粒尺寸變大。3、將經(jīng)過鍍鎳襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以對襯底表面溫度進(jìn)行監(jiān)測，開啟激光器，調(diào)整激光光路和參數(shù)，使其通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻?qū)?zhǔn)襯底上開啟激光器。4、將氬氣通入密封的石英管內(nèi)，并且控制其流量為200sCCm，出口側(cè)接入良好的排風(fēng)設(shè)備中，確保石英管內(nèi)的空氣能夠徹底的被排出，持續(xù)30分鐘。5、將氫氣通入密封的石英管中，保持氬氣和氫氣的流量均為200sCCm，持續(xù)5分鐘。6、開啟激光器，調(diào)整光柵，使條紋寬度10 IOOnm之間，對襯底區(qū)域進(jìn)行加熱。7、當(dāng)溫度傳感器顯示襯底溫度達(dá)到900°C時，通入反應(yīng)前驅(qū)源CH4氣體，持續(xù)3_5 分鐘進(jìn)行石墨烯生長。8、關(guān)閉激光器，去除光束，停止加熱，降溫速度快，取出樣品，在襯底表面得到O IOOnm條紋寬度的石墨烯樣品。具體實施方式21、將襯底經(jīng)過清洗處理，在其表面鍍500nm鎳膜，鍍膜時襯底無需加熱，氬氣或者氮氣保護(hù)。真空度達(dá)到2X KT7Torr，厚度均勻性士5%。2、通入氫氣和氬氣流量以400SCCm和200sCCm通入石英管式爐，將鍍鎳的藍(lán)寶石襯底在900°C進(jìn)行退火處理，持續(xù)5-10分鐘，使多晶鎳的晶粒團(tuán)聚，形成面積較大的晶粒， 這樣可以使生長在其表面的石墨烯晶粒尺寸變大。3、將經(jīng)過鍍鎳襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以對襯底表面溫度進(jìn)行監(jiān)測，開啟激光器，調(diào)整激光光路和參數(shù)，使其通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻?qū)?zhǔn)襯底上開啟激光器。4、將氬氣通入密封的石英管內(nèi)，并且控制其流量為200sCCm，出口側(cè)接入良好的排風(fēng)設(shè)備中，確保石英管內(nèi)的空氣能夠徹底的被排出，持續(xù)30分鐘。5、將氫氣通入密封的石英管中，保持氬氣和氫氣的流量均為200sCCm，持續(xù)5分鐘。6、開啟激光器，調(diào)整光柵，使條紋寬度1000 IOOOnm之間，對襯底區(qū)域進(jìn)行加熱。7、當(dāng)溫度傳感器顯示襯底溫度達(dá)到900°C時，通入反應(yīng)前驅(qū)源甲烷氣體，持續(xù)3-5 分鐘進(jìn)行石墨烯生長。8、關(guān)閉激光器，去除光束，停止加熱，降溫速度快，取出樣品，在襯底表面得到不同條紋寬度的石墨烯樣品。具體實施方式31、將襯底經(jīng)過清洗處理，在其表面鍍500nm鎳膜，鍍膜時襯底無需加熱，氬氣或者氮氣保護(hù)。真空度達(dá)到2X KT7Torr，厚度均勻性士5%。2、通入氫氣和氬氣流量以400SCCm和200sCCm通入石英管式爐，將鍍鎳的藍(lán)寶石襯底在900°C進(jìn)行退火處理，持續(xù)5-10分鐘，使多晶鎳的晶粒團(tuán)聚，形成面積較大的晶粒， 這樣可以使生長在其表面的石墨烯晶粒尺寸變大。3、將經(jīng)過鍍鎳襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以對襯底表面溫度進(jìn)行監(jiān)測，開啟激光器，調(diào)整激光光路和參數(shù)，使其通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻?qū)?zhǔn)襯底上開啟激光器。4、將氬氣通入密封的石英管內(nèi)，并且控制其流量為200sCCm，出口側(cè)接入良好的排風(fēng)設(shè)備中，確保石英管內(nèi)的空氣能夠徹底的被排出，持續(xù)30分鐘。5、將氫氣通入密封的石英管中，保持氬氣和氫氣的流量均為200sCCm，持續(xù)5分鐘。6、開啟激光器，調(diào)整光柵，使條紋寬度Ium IOOum之間，對襯底區(qū)域進(jìn)行加熱。7、當(dāng)溫度傳感器顯示襯底溫度達(dá)到900°C時，通入反應(yīng)前驅(qū)源甲烷氣體，持續(xù)3-5 分鐘進(jìn)行石墨烯生長。8、關(guān)閉激光器，去除光束，停止加熱，降溫速度快，取出樣品，在襯底表面得到 Ium IOOum條紋寬度的石墨烯樣品。權(quán)利要求1.一種激光加熱制備石墨烯材料的方法，其特征在于具體實施步驟為1)將襯底表面鍍500nm鎳膜退火處理，作為生長石墨烯的催化劑。將襯底放入石英管中，放置溫度傳感器可以實現(xiàn)對襯底溫度的監(jiān)測，開啟激光器，調(diào)整激光光路和參數(shù)，使其通過光柵獲得的衍射條紋光斑能夠均勻?qū)?zhǔn)襯底上開啟激光器。2)先將氬氣通入密封的的石英管中，保持其流量為200sCCm，以確保排出石英管中的空氣，保持30分鐘后，將氫氣以相同的流量通入密封的石英管中保持5分鐘。3)開啟激光器對準(zhǔn)選擇生長的襯底區(qū)域進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度傳感器顯示溫度達(dá)到 900°C，向密封石英管內(nèi)通入甲烷(CH4)氣體作為反應(yīng)前驅(qū)源，氫氣作為反映的還原氣本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
１．一種激光加熱制備石墨烯材料的方法，其特征在于：具體實施步驟為：１）將襯底表面鍍５００ｎｍ鎳膜退火處理，作為生長石墨烯的催化劑。將襯底放入石英管中，放置溫度傳感器可以實現(xiàn)對襯底溫度的監(jiān)測，開啟激光器，調(diào)整激光光路和參數(shù)，使其通過光柵獲得的衍射條紋光斑能夠均勻?qū)?zhǔn)襯底上開啟激光器。２）先將氬氣通入密封的的石英管中，保持其流量為２００ｓｃｃｍ，以確保排出石英管中的空氣，保持３０分鐘后，將氫氣以相同的流量通入密封的石英管中保持５分鐘。３）開啟激光器對準(zhǔn)選擇生長的襯底區(qū)域進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度傳感器顯示溫度達(dá)到９００℃，向密封石英管內(nèi)通入甲烷（ＣＨ４）氣體作為反應(yīng)前驅(qū)源，氫氣作為反映的還原氣體，流量均為１００ｓｃｃｍ，持續(xù)３－５分鐘進(jìn)行石墨烯生長。關(guān)閉激光器，去除光束，取出樣品，自然冷卻，得到大面積生長的單層石墨烯樣品。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏志鵬，王勇波，李金華，方鉉，方芳，王曉華，王菲，譚學(xué)壘，韓作良，
申請(專利權(quán))人：長春理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：82
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