專利名稱：一種SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝及制做的器件的制作方法
一種SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝及制做的器件技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，涉及石墨烯轉(zhuǎn)移到半導體襯底的退火方法，特別是一種基于SiC襯底的退火方法，可通過轉(zhuǎn)移到襯底后的退火改變石墨烯材料的性質(zhì)。
背景技術(shù)：
由摩爾定律統(tǒng)治的集成電路產(chǎn)業(yè)在過去的幾十年里得到了飛速的發(fā)展，以Si為基石的集成電路設(shè)計制造業(yè)創(chuàng)造了集成密度每18個月翻一翻的神話，為社會發(fā)展提供了難以估量的積極貢獻。隨著Si基工藝的不斷進步，以CMOS為設(shè)計單元的集成電路設(shè)計制造迎來了一個瓶頸時期，摩爾定律的繼續(xù)受到了光刻工藝、量子效應(yīng)、能耗等諸多挑戰(zhàn)，科學家希望找到一種替代材料可以補充甚至代替Si作為集成電路基礎(chǔ)材料，石墨烯作為一種新興的二維材料，一出現(xiàn)就引起了廣泛的興趣關(guān)注。石墨烯的遷移率在室溫下可以達到 200000cm-2V-ls-l，具有制作高速器件的巨大潛力。同時具有很高的熱導率，遠遠高于銅的導熱率，甚至高于金剛石。
然而盡管石墨烯材料具有以上所述的眾多優(yōu)點，這種特殊的材料缺缺少了普通半導體材料的一個重要共同特征——禁帶。石墨烯材料沒有禁帶，限制了摻雜調(diào)節(jié)石墨烯電學性質(zhì)的能力。更甚者，由于沒有禁帶，石墨烯制作的器件不能關(guān)斷，為石墨烯在數(shù)字電路中發(fā)揮高速特性設(shè)置了障礙。為了使石墨烯具有禁帶，人們發(fā)明了若干方法，例如利用波函數(shù)限域制作石墨烯納米帶，制作雙層石墨烯，施加單軸應(yīng)變引入禁帶等辦法?？上В捎诩{米帶、雙層石墨烯的制備手段復雜，難以實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。一個可行的方法是通過調(diào)節(jié)襯底對上層石墨烯的影響來開啟禁帶。
然而，使用常規(guī)轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移到普通襯底上的石墨烯缺陷多接觸差，難以對石墨烯形成有效的影響，因此急需發(fā)明一種合適的轉(zhuǎn)移后處理方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使用合適的退火工藝建立SiC襯底對石墨烯的影響，進而在石墨烯中引入禁帶，為制作數(shù)字邏輯可關(guān)斷器件做好準備，提供一種改善襯底接觸的轉(zhuǎn)移后退火方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)關(guān)鍵是采用高溫退火的方式，修復襯底轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的石墨烯缺陷，進一步去除轉(zhuǎn)移過程中沒能去除或是新引進的雜質(zhì)。同時，高溫退火還可以使襯底與石墨烯接觸得到改善，建立預期的襯底影響，在石墨烯中引入禁帶。
本發(fā)明的實現(xiàn)步驟包括如下一種SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝，采用高溫退火的方式，修復襯底轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的石墨烯缺陷，進一步去除轉(zhuǎn)移過程中沒能去除或是新引進的雜質(zhì)；同時聞溫退火，在石墨稀中引入禁帶。
進一步，所述退火工藝實現(xiàn)步驟如下
將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H2,對銅箔進行處理；
向反應(yīng)室通入Ar和CH4 ；
在Fe (NOX) 3水溶液中浸泡30_60min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱 60min，溫度保持在 150-200°C ；
放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA ；
分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干；
反應(yīng)室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O. 01-0. ITorr，溫度上升到100-200°C，保持 30_40min ；
再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 1-1 1，氣壓維持在O. 01-0. ITorr， 退火溫度為1000-1100°c，退火時間l-2h。
進一步，將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通AH2，對銅箔進行處理，流量l-20sccm， 溫度 900-1000。。，時間 20-60min，氣壓 l-50Torr ；
進一步，向反應(yīng)室通入Ar和CH4，保持Ar和CH4的流量比為10 1-2 量20-200sccm，CH4流量l_20sccm，氣壓維持在O. Ι-lTorr，溫度900-1100°C，升溫和保持時間共 20-60min ；
進一步，在O. 05g/ml-0. 15g/ml Fe (NO4) 3 水溶液中浸泡 30_60min，使用 GaN 襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150-200°C。
進一步，再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 1-1 1，氣壓維持在 O. 01-0. ITorr，退火溫度為 1000-1100°C，退火時間 l_2h。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述的SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝制做的器件本發(fā)明具有如下優(yōu)點
I.由于采用在Ar氣氣氛中較低溫度退火，有效的去除石墨烯表面吸附的水分子和其他雜質(zhì)分子。
2.由于采用高于1000°C的高退火溫度，得以形成襯底上附著石墨烯與SiC襯底的有效接觸。


圖I是本發(fā)明的SiC襯底上石墨烯退火流程圖2是本發(fā)明的SiC襯底上石墨烯退火的退火管式爐。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
參照圖1、2，本發(fā)明給出如下實施例
實施例I :
本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下
步驟I,高溫處理銅箔。
將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通AH2，對銅箔進行處理，流量5sccm，溫度900°C， 時間60min，氣壓15Torr
步驟2，CVD成長石墨烯。
向反應(yīng)室通入Ar和CH4,保持Ar和CH4的流量比為10 1，Ar流量200sccm，CH4 流量20sccm，氣壓維持在ITorr，溫度900°C，升溫和保持時間共20min。
步驟3，腐蝕Cu襯底。
在Fe (NO4) X水溶液(O. 15g/ml)中浸泡30min，使用SiC襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150°C。
步驟4，去除表面有機物。
放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA。
步驟5，分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干。
步驟6，去除反應(yīng)室水蒸氣。
反應(yīng)室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O. ITorr，溫度上升到160°C，保持40min。
步驟7,高溫退火。
再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 1，氣壓維持在O. ITorr,退火溫度為 700 °C，退火時間2h。
實施例2
本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下
步驟A,高溫處理銅箔。
將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H2，對銅箔進行處理，流量lOsccm，溫度 9500C，時間 40min,氣壓 25Torr
步驟B，CVD成長石墨烯。
向反應(yīng)室通入Ar和CH4，保持Ar和CH4的流量比為5 I ,Ar流量lOOsccm，CH4流量20sccm，氣壓維持在ITorr，溫度950°C，升溫和保持時間共40min。
步驟C，腐蝕Cu襯底。
在Fe (NO4)3水溶液(0. lg/ml)中浸泡40min，使用SiC襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在200°C。
步驟D，去除表面有機物。
放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA。
步驟E，分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干。
步驟F,去除反應(yīng)室水蒸氣。
反應(yīng)室抽真空，再通入Ar氣，氣壓0. 06Torr，溫度上升到170°C，保持30min。
步驟G,高溫退火。
再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為7 1，氣壓維持在0. 07Torr,退火溫度為 800°C，退火時間I. 5h。
實施例3
本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下
步驟I,高溫處理銅箔。
將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H2，對銅箔進行處理，流量20sccm，溫度 IOOO0C，時間 20min,氣壓 50Torr
步驟2，CVD成長石墨烯。
向反應(yīng)室通入Ar和CH4，保持Ar和CH4的流量比為3 1，Ar流量180sccm，CH4流量60sccm，氣壓維持在ITorr，溫度1100°C，升溫和保持時間共20min。
步驟3，腐蝕Cu襯底。
在Fe (NO4)3水溶液(O. 15g/ml)中浸泡30min，使用SiC襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在160°C。
步驟4，去除表面有機物。
放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA。
步驟5，分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干。
步驟6，去除反應(yīng)室水蒸氣。
反應(yīng)室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O. ITorr，溫度上升到200°C，保持30_40min。
步驟7,高溫退火。
再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為3 1，氣壓維持在O. ITorr,退火溫度為 900 °C，退火時間2h。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝，其特征在于，采用高溫退火的方式，修復襯底轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的石墨烯缺陷，進一步去除轉(zhuǎn)移過程中沒能去除或是新引進的雜質(zhì)；同時高溫退火，在石墨烯中引入禁帶。
2.如權(quán)利要求I所述的退火工藝，其特征在于，所述退火工藝實現(xiàn)步驟如下(1)將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H2，對銅箔進行處理；(2)向反應(yīng)室通入Ar和CH4;(3)在Fe(NO4) 3水溶液中浸泡30-60min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150-200°C ；(4)放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA；(5)分別用無水乙醇和去離子水漂洗,高純N2吹干；(6)反應(yīng)室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O.01-0. ITorr，溫度上升到100-200°C，保持30_40min ；(7)再通入Ar和H2的混合氣，退火。
3.如權(quán)利要求I所述的退火工藝，其特征在于，將銅箔放在反應(yīng)室內(nèi)，向反應(yīng)室通入H2，對銅箔進行處理，流量l-20sccm，溫度900-1000°C，時間20_60min，氣壓l_50Torr。
4.如權(quán)利要求I所述的退火工藝，其特征在于，向反應(yīng)室通入Ar和CH4,保持Ar和CH4的流量比為 10 1-2 1，八1'流量20-2008(3011，014流量1-208(3011，氣壓維持在0.1-11'01·!·，溫度900-1100°C，升溫和保持時間共20-60min ；
5.如權(quán)利要求I所述的退火工藝，其特征在于，在O.05g/ml-0. 15g/mlFe (NO4) 3水溶液中浸泡30-60min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150_200°C。
6.如權(quán)利要求I所述的退火工藝，其特征在于，再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 1-1 I，氣壓維持在O. 01-0. ITorr，退火溫度為1000-1100°C，退火時間l_2h。
7.一種利用權(quán)利要求I所述的SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝制做的器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SiC襯底轉(zhuǎn)移石墨烯的退火工藝，采用高溫退火的方式，修復襯底轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的石墨烯缺陷，進一步去除轉(zhuǎn)移過程中沒能去除或是新引進的雜質(zhì)。同時，高溫退火還可以使襯底與石墨烯接觸得到改善，建立預期的襯底影響，在石墨烯中引入禁帶。最終使轉(zhuǎn)移石墨烯表面更潔凈，缺陷更少，石墨烯平整與SiC襯底接觸更好。本發(fā)明由于采用在Ar氣氣氛中較低溫度退火，有效的去除石墨烯表面吸附的水分子和其他雜質(zhì)分子；由于采用高于1000℃的高退火溫度，得以形成襯底上附著石墨烯與SiC襯底的有效接觸。
文檔編號H01L21/324GK102931077SQ201210408199
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者王東, 寧靜, 韓碭, 閆景東, 柴正, 張進成, 郝躍 申請人:西安電子科技大學