專利名稱：一種用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯的制備技術(shù)，具體涉及一種用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的 碳化學(xué)吸附方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是具有單原子層厚度的石墨，自從2004年被成功剝離出來(lái)后，受到了科學(xué) 家的廣泛關(guān)注。由于其在電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)方面的優(yōu)良性能，制備出的半導(dǎo)體器件性能將優(yōu) 于硅基器件。石墨烯材料是一種極有前途的物質(zhì)，必能取代硅在半導(dǎo)體中的地位，但首要前 提是能制備出嚴(yán)格意義上的石墨烯，即具有單原子層厚度的石墨烯。原子層沉積(Atomic Layer Deposition,以下簡(jiǎn)稱ALD)作為制備薄膜的新方法，如今已得到廣泛的運(yùn)用，其單原 子層逐層生長(zhǎng)的方式符合制備石墨烯的要求，但是要實(shí)現(xiàn)ALD方式制備石墨烯薄膜，碳的 化學(xué)吸附是首先要解決的問(wèn)題。目前制備石墨烯的方法中，常見(jiàn)的氣體即前軀體如甲烷等 需要經(jīng)過(guò)高溫分解的方式得到碳原子，而這種生長(zhǎng)方式不符合ALD低溫(20(TC -450°C )生 長(zhǎng)的要求，因此要用ALD實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的生長(zhǎng)，碳原子和襯底的化學(xué)吸附則是關(guān)鍵問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附 方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的碳化學(xué)吸附。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于原子層沉積制備石墨烯 薄膜的碳化學(xué)吸附方法，通過(guò)形成一種含有碳原子且碳原子具有未成鍵電子的物質(zhì)，與襯 底表面原子形成共價(jià)鍵，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)吸附。上述方案中，所述含有碳原子的物質(zhì)為碳中間體，所述碳中間體包括碳自由基中 間體和碳雙自由基中間體。上述方案中，所述碳自由基中間體是通過(guò)烴基鹵化汞或η鹵烷烴進(jìn)行熱分解或光 分解得到的。上述方案中，所述烴基鹵化汞為甲基碘化汞。上述方案中，所述η鹵烷烴為一碘甲烷。上述方案中，所述碳雙自由基中間體為卡賓物質(zhì)，包括碳烯及其衍生物。上述方案中，所述碳雙自由基中間體是由重氮鹽或烯酮熱分解或光分解得到的。上述方案中，所述重氮鹽為重氮甲烷(CH2N2),所述烯酮為乙烯酮。上述方案中，所述未成鍵電子有1-4個(gè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下本發(fā)明應(yīng)用于原子層沉積技術(shù)制備石墨烯薄膜，該吸附方法簡(jiǎn)單易行，能夠?qū)崿F(xiàn) 穩(wěn)定的碳化學(xué)吸附。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的重氮甲烷或乙烯酮與碳化硅襯底進(jìn)行化學(xué)吸附的過(guò) 程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一碘甲烷與碳化硅襯底進(jìn)行化學(xué)吸附的過(guò)程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的甲基碘化汞與碳化硅襯底進(jìn)行化學(xué)吸附的過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例1 一種用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，包括如下步驟步驟101，對(duì)(0001)晶面的、以碳原子為終端的碳化硅襯底表面用氫氣處理20分 鐘，使碳化硅襯底表面形成C-H鍵，如圖1中a圖所示；步驟102，將進(jìn)行氫化處理后的碳化硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中，向 原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氬氣，對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行清洗；再向反應(yīng)腔中通入重氮甲烷氣 體，同時(shí)用紫外光照射，使重氮甲烷分解，分解產(chǎn)物具有未成鍵電子，重氮甲烷分解的化
學(xué)表達(dá)式為^2&么:( 2 + Ν2 ；重氮甲烷還可以通過(guò)低溫加熱分解，加熱溫度為
2000C -500°c，化學(xué)表達(dá)式為CH2N2$ =CH2 + N2 ,如圖ι中b圖所示；分解產(chǎn)物碳烯(CH2)和碳化硅襯底發(fā)生插入反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)表達(dá)式為
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一C-一H+:ch2 _ — C一 CH2_H即在碳化硅襯底表面形成甲基結(jié)構(gòu)，達(dá)到穩(wěn)定的化學(xué)吸
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附，如圖1中C圖所示。實(shí)施例2 步驟101，對(duì)(0001)晶面的、以碳原子為終端的碳化硅襯底表面用氫氣處理20分 鐘，使碳化硅襯底表面形成C-H鍵，如圖1中a圖所示；步驟102，將進(jìn)行氫化處理后的碳化硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中，向原 子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氬氣，對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行清洗；再向反應(yīng)腔中通入乙烯酮?dú)怏w，同時(shí) 用紫外光照射或低溫加熱，使乙烯酮分解，分解產(chǎn)物具有未成鍵電子，乙烯酮分解的化學(xué)表
達(dá)式為CH2 = C = O :( 2 + C()，如圖ι中b圖所示；分解產(chǎn)物碳烯(CH2)和碳化硅襯底發(fā)生插入反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)表達(dá)式為 (‘- C即在碳化硅襯底表面形成甲基結(jié)構(gòu)，達(dá)到穩(wěn)定的化學(xué)吸
附，如圖1中C圖所示。實(shí)施例3 步驟101，把(0001)晶面的、以碳原子為終端的碳化硅襯底固定在原子層沉積設(shè) 備的反應(yīng)腔中；步驟102，向原子層沉積設(shè)備的反應(yīng)腔中通入氬氣5分鐘，排出反應(yīng)腔中的氣體；步驟103，向原子層沉積設(shè)備的反應(yīng)腔中通入一碘甲烷氣體，如圖2中a圖所示，并用日光照射，使一碘甲烷分解，分解的表達(dá)式為
權(quán)利要求
一種用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在于通過(guò)形成一種含有碳原子且碳原子具有未成鍵電子的物質(zhì)，與襯底表面原子形成共價(jià)鍵，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)吸附。
2.如權(quán)利要求1所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述含有碳原子的物質(zhì)為碳中間體，所述碳中間體包括碳自由基中間體和碳雙自由基 中間體。
3.如權(quán)利要求2所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述碳自由基中間體是通過(guò)烴基商化汞或η商烷烴進(jìn)行熱分解或光分解得到的。
4.如權(quán)利要求3所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述烴基商化汞為甲基碘化汞。
5.如權(quán)利要求3所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述η鹵烷烴為一碘甲烷。
6.如權(quán)利要求2所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述碳雙自由基中間體為卡賓物質(zhì)，包括碳烯及其衍生物。
7.如權(quán)利要求6所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述碳雙自由基中間體是由重氮鹽或烯酮進(jìn)行熱分解或光分解得到的。
8.如權(quán)利要求7所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述重氮鹽為重氮甲烷，所述烯酮為乙烯酮。
9.如權(quán)利要求1所述的用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，其特征在 于所述未成鍵電子有1-4個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及石墨烯的制備技術(shù)，具體涉及一種用于原子層沉積制備石墨烯薄膜的碳化學(xué)吸附方法，通過(guò)形成一種含有碳原子且碳原子具有未成鍵電子的物質(zhì)，與襯底表面原子形成共價(jià)鍵，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)吸附。本發(fā)明應(yīng)用于原子層沉積技術(shù)制備石墨烯薄膜，該吸附方法簡(jiǎn)單易行，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的碳化學(xué)吸附。
文檔編號(hào)C23C16/26GK101979707SQ20101054660
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者劉鍵, 夏洋, 饒志鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所;中國(guó)科學(xué)院嘉興微電子儀器與設(shè)備工程中心