[发明专利]同步生长晶圆级AB堆垛双层石墨烯的制备方法及其设备

摘要

AB堆垛双层石墨烯的制备方法及其设备：采用固态或液态碳氢化合物为碳源，控制挥发量，通过含高氢分压的惰性载气带到铜箔表面，利用常压化学气相沉积法催化生长双层石墨稀。碳氢化合物采用固体碳源：固态烃类化合物或烃类的衍生物；通过对固体碳源加热，控制碳源挥发量；或碳氢化合物采用液体碳源：液态烃类化合物或烃类衍生物；通过通入惰性气体量的大小，控制液体碳源的挥发量。本发明实现了双层石墨稀的同步生长，得到了高质量晶圆级AB堆垛的双层石墨烯，AB堆垛的双层石墨稀覆盖率可达100%，单晶场效应载流子迁移率高达5300 cm²v^‑1s^‑1。实验参数控制方便，操作简单，环保高效，很容易扩展到工业大规模卷对卷生产。

主权项

1.一种AB堆垛双层石墨烯的制备方法，其特征在于，本方法的碳源采用固体碳源或液体碳源，控制其挥发量，通过含高氢分压的惰性载气带到铜箔表面，利用常压化学气相沉积法催化生长双层石墨稀；所述的固体碳源采用聚苯乙烯、丁苯橡胶、晕苯、聚乙烯、石蜡油、1,8‑二羟基萘或薄荷醇作为固体碳源；通过对固体碳源加热，控制该固体碳源挥发量；或者，采用汽油、煤油、异丙醇或乙醇作为液体碳源；通过通入惰性气体量的大小，控制该液体碳源的挥发量；所述的含高氢分压的惰性载气，采用体积百分比5%‑15%的H₂/Ar混合气体，或者体积百分比5%‑15%的H₂/N₂混合气体；所述的铜箔，采用无氧铜，或是含氧铜；铜箔的纯度为质量百分比99.8%以上，经过乙酸侵泡6‑12小时，氮气吹干；具体步骤如下：a.将清洗过的铜箔在含高氢分压的惰性载气中加热到1050℃下退火30‑90min；b.维持铜箔温度恒定在1000‑1060℃，同时开始控制固态或液态碳氢化合物挥发量，挥发的碳源随高氢分压的惰性载气一起带入铜箔表面，催化生长双层石墨稀；反应腔气压为常压，生长时间设为30‑60min；最终实现了同步生长双层石墨烯单晶，晶粒长大融合，最后形成大面积高质量AB堆垛的双层石墨稀；c.将石墨烯/C u旋涂PMMA后, 放入铜刻蚀液3‑8h；所述的旋涂PMMA，采用Mw:950K, 溶剂：乳酸乙酯, 质量百分比4%, 270nm@4000rpm；所述的铜刻蚀液为过硫酸铵水溶液 (NH₄)₂S₂O₈， 0.2 M；d.将PMMA/石墨烯放入去离子水中清洗3次后，转移到目标衬底上，自然晾干12h, 再放入体积比1：1配比的丙酮、二氯甲烷溶液中3‑8h去除PMMA，再经异丙醇清洗，氮气吹干，最后样品在含氢气保护的惰性气体中300℃下退火30‑120min。