一种双层30度扭角石墨烯单晶晶圆的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114525581A(43)申请公布日2022.05.24(21)申请号202210129361.0(22)申请日2022.02.11(71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号(72)发明人张学富赵一沣于庆凯谢晓明(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002专利代理师宋丽荣(51)Int.Cl.C30B29/02(2006.01)C30B25/02(2006.01)C30B25/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种双层30度扭角石墨烯单晶晶圆的制备方法(57)摘要本发明涉及一种双层30度扭角石墨烯单晶晶圆的制备方法，其包括提供300‑800nm厚的铜镍单晶衬底，该铜镍单晶衬底中镍原子占原子总数的15‑22％；放入化学气相沉积炉中，在氩气和氢气比为(100‑300sccm):(5‑15sccm)的气体氛围和1050℃‑1100℃的温度下退火；然后在氩气、氢气和甲烷比为(100‑300sccm):(5‑15sccm):(0.025‑0.5sccm)的气体氛围和1050℃‑1100℃的温度下进行生长得到双层30度扭角石墨烯单晶晶圆。根据本发明的制备方法，采用铜镍单晶薄膜作为衬底，结合退火阶段和生长阶段可以得到大尺寸晶圆级的双层30度扭角石墨烯单晶晶圆。CN114525581ACN114525581A权利要求书1/1页1.一种双层30度扭角石墨烯单晶晶圆的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：S1，提供300‑800nm厚的铜镍单晶衬底，其中，该铜镍单晶衬底中镍原子占原子总数的15‑22％；S2，将该铜镍单晶衬底放入化学气相沉积炉中，在氩气和氢气比为(100‑300sccm):(5‑15sccm)的气体氛围和1050℃‑1100℃的温度下退火以提高结晶质量；然后在氩气、氢气和甲烷比为(100‑300sccm):(5‑15sccm):(0.025‑0.5sccm)的气体氛围和1050℃‑1100℃的温度下进行生长得到双层30度扭角石墨烯单晶晶圆，该双层30度扭角单晶石墨烯晶圆的每层石墨烯是单晶石墨烯，双层石墨烯之间呈30度扭角。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铜镍单晶衬底是具有(111)面的铜镍单晶合金薄膜。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铜镍单晶衬底为4‑8英寸的片材。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铜镍单晶衬底中镍原子占原子总数的18‑20％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铜镍单晶衬底的厚度为500‑600nm。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将该铜镍单晶衬底放入化学气相沉积炉中之前还包括对该铜镍单晶衬底进行清洗和吹干的操作。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，退火温度为1070‑1080℃。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，退火时间为10min‑120min。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，生长阶段的氩气、氢气和甲烷比为(100‑300sccm):(5‑15sccm):0.05sccm。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，生长得到的双层30度扭角石墨烯单晶晶圆整体覆盖在整个铜镍单晶衬底上。2CN114525581A说明书1/4页一种双层30度扭角石墨烯单晶晶圆的制备方法技术领域[0001]本发明涉及石墨烯准晶晶圆的制备，更具体地涉及一种双层30度扭角石墨烯单晶晶圆的制备方法。背景技术[0002]石墨烯材料具有优异的光电性能，未来在微电子、能源、生物探测等领域具有重要的应用，引起各界的广泛关注。而双层转角石墨烯由于其特殊的层间堆叠结构使其具有特殊的电子能带结构，在微电子领域中有着重要的潜在应用价值。[0003]目前制备双层转角石墨烯的方法主要是采用CVD法生长单层石墨烯然后多次转移堆叠的方法来制备转角石墨烯。该种方法过程繁琐，效率低下，转移过程中会带来大量的污染，而且旋转的角度不够准确，限制了其大规模的应用。目前直接生长双层石墨烯得到的主要是AB堆叠结构双层石墨烯，尺寸较小，工艺不稳定，很难实现批量制备。[0004]目前文献报道的制备双层30度扭角石墨烯主要采用铜或者铂作为衬底，制备得到的双层30度扭角石墨烯尺寸较小，比例较低，都是多晶薄膜，无法满足未来微电子领域批量应用的需求。例如Bing.Deng等人，ACSNano.2020，DOI：10.1021/acsnano.9b07091，SergioPezzini等人DOI：10.1021/acs.nanolett.0c00172；WeiYao等人，doi/10.1073/pnas.1720865