本發(fā)明屬于ⅲ族氮化物薄膜和器件制造領(lǐng)域，特別涉及聚酰亞胺襯底上的氮化鎵基薄膜及其制備方法，具體是以聚酰亞胺(polyimide，pi)為襯底，首先使用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ecr-pemocvd)方法在聚酰亞胺襯底上依次制備第一氧化硅層、氮化硅層、第二氧化硅層，接著使用磁控濺射方法在第二氧化硅層上制備ni層，然后使用ecr-pemocvd方法在ni層與第二氧化硅層的界面上制備石墨烯層，再使用濕法腐蝕方法去除ni層，最后使用ecr-pemocvd方法在石墨烯層上依次制備alxgayin1-x-yn緩沖層和alxgayin1-x-yn外延層。

背景技術(shù)：

氮化鎵基薄膜(alxgayin1-x-yn，包括氮化鋁aln、氮化鎵gan、氮化銦inn及其固溶體)可廣泛用于制造高效率的藍(lán)綠光半導(dǎo)體發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、高效率太陽能電池及高電子遷移率晶體管等電子器件。通過調(diào)節(jié)alxgayin1-x-yn的組分可獲得從0.7ev(inn)一直到6.2ev(aln)的連續(xù)可調(diào)直接帶隙，即采用單一體系的ⅲ族氮化物半導(dǎo)體材料，就可制造從近紅外光一直到深紫外光的半導(dǎo)體光電器件等。

在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，聚酰亞胺也受到了廣泛的關(guān)注。因為聚酰亞胺有著優(yōu)良的機(jī)械、絕緣、透明、耐輻射、耐腐蝕和耐高低溫等性能，是熱穩(wěn)定性最高的聚合物，其熱分解溫度在550℃以上。作為柔性襯底，聚酰亞胺可以用于制作柔性光電器件和電子器件，將促進(jìn)休閑娛樂、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的人機(jī)交互，因此受到人們的廣泛關(guān)注。若能在聚酰亞胺襯底上制備出高晶體質(zhì)量的alxgayin1-x-yn薄膜，將大大促進(jìn)gan基器件在柔性器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

但是，目前工業(yè)上主要采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(mocvd)方法生長alxgayin1-x-yn薄膜和器件，其生長通常需要1050℃左右的高溫，而聚酰亞胺襯底的耐溫一般不超過550℃，因而在聚酰亞胺襯底上制備alxgayin1-x-yn薄膜需要一種低溫的生長方法，另一方面，聚酰亞胺不能阻擋水和氧氣的擴(kuò)散，且聚酰亞胺為非單晶襯底，難以直接生長高晶體質(zhì)量的alxgayin1-x-yn薄膜，因此需要在聚酰亞胺襯底與alxgayin1-x-yn薄膜之間插入適宜的水氧阻擋層以及外延用的中間層材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種制備方法先進(jìn)，制備成本低，晶體質(zhì)量高的一種柔性聚酰亞胺襯底上的氮化鎵基薄膜及其制備方法，以克服已有技術(shù)的不足。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的主導(dǎo)技術(shù)構(gòu)想是：聚酰亞胺不能阻擋水和氧氣的擴(kuò)散，因而在聚酰亞胺襯底上需要預(yù)先制備三層結(jié)構(gòu)的“第二氧化硅層/氮化硅層/第一氧化硅”水氧阻擋層，這是因為氧化硅層與聚酰亞胺的結(jié)合力好，而氮化硅層與氧化硅層的結(jié)合力好且氮化硅具有阻擋水和氧氣擴(kuò)散的功能，可作為水氧阻擋層保護(hù)后續(xù)各膜層不受水和氧氣等的侵害，兩層較軟的氧化硅層把較脆的氮化硅層夾在中間可提高柔性器件的彎曲性和可靠性。

更關(guān)鍵的是，可使用磁控濺射方法在第二氧化硅層表面上先沉積ni層，再利用ecr-pemocvd方法可在ni層與第二氧化硅層的界面上制備出高質(zhì)量的結(jié)晶性石墨烯層，當(dāng)把ni層被濕法腐蝕去除后，就在第二氧化硅層表面上獲得了透明導(dǎo)電的石墨烯層，進(jìn)而以該石墨烯層作為中間層，可采用ecr-pemocvd方法低溫外延生長出低位錯密度、高晶體質(zhì)量的alxgayin1-x-yn薄膜。

在制備氧化硅層、氮化硅層、石墨烯層和alxgayin1-x-yn層的諸多方法中，ecr-pemocvd方法可以提供反應(yīng)所需的多種高活性等離子體源，而不需要依靠高溫裂解氣體來提供反應(yīng)粒子，因而可以使氧化硅層、氮化硅層、石墨烯層和alxgayin1-x-yn層的制備溫度降低到550℃以下，因而可使用不耐高溫的聚酰亞胺襯底，且低溫制備工藝有利于降低聚酰亞胺襯底與后續(xù)各膜層之間因熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的熱失配應(yīng)力，也有利于抑制聚酰亞胺襯底和各膜層中的雜質(zhì)向后續(xù)alxgayin1-x-yn層中的擴(kuò)散，有利于提高alxgayin1-x-yn層的晶體質(zhì)量。另外，低溫制備工藝還有利于抑制alxgayin1-x-yn層中n和in的揮發(fā)，有利于降低氮空位缺陷密度和生長高in組分的alxgayin1-x-yn層。

由于ni層可采用磁控濺射方法低溫制備，這樣所有的膜層均可使用550℃以下的低溫工藝來制備，且聚酰亞胺襯底和后續(xù)制備的各氧化硅層、氮化硅層、石墨烯層和alxgayin1-x-yn層均是透明且柔性的，可用于制備gan基透明柔性器件。

基于上述主導(dǎo)技術(shù)構(gòu)想，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)方案是：

一種柔性聚酰亞胺襯底上的氮化鎵基薄膜及其制備方法，采用聚酰亞胺作為襯底，在聚酰亞胺襯底的一側(cè)表面上，從內(nèi)到外依次有第一氧化硅層，氮化硅層，第二氧化硅層，石墨烯層，alxgayin1-x-yn緩沖層，alxgayin1-x-yn外延層。

由以上所給出的第一技術(shù)方案可以明了，本發(fā)明所述的一種柔性聚酰亞胺襯底上的氮化鎵基薄膜，是由聚酰亞胺襯底以及依次沉積在聚酰亞胺襯底一側(cè)表面上的第一氧化硅層，氮化硅層，第二氧化硅層，石墨烯層和兩層alxgayin1-x-yn層所構(gòu)成。從而在柔性聚酰亞胺襯底制備出高晶體質(zhì)量的alxgayin1-x-yn薄膜，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的初衷。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明還主張，所述聚酰亞胺襯底的厚度為10～275μm；所述第一氧化硅層的厚度為100～400nm；所述氮化硅層的厚度為50～150nm；所述第二氧化硅層的厚度為50～200mm；所述石墨烯層的厚度為0.335～2.01nm；所述alxgayin1-x-yn緩沖層的厚度為10～200nm，alxgayin1-x-yn緩沖層的組分值控制為：0≤x≤0.4、0≤y≤1、0≤1-x-y≤1；所述alxgayin1-x-yn外延層的厚度為0.3～3μm，alxgayin1-x-yn外延層的組分值控制為：0≤x≤0.4、0≤y≤1、0≤1-x-y≤1。但不局限于此。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二目的的技術(shù)方案是：

一種柔性聚酰亞胺襯底上的氮化鎵基薄膜的制備方法，依次包括以下順序步驟：a.ecr-pemocvd方法制備第一氧化硅層；b.ecr-pemocvd方法制備氮化硅層；c.ecr-pemocvd方法制備第二氧化硅層；d.磁控濺射方法制備ni層；e.氫等離子體清洗ni層；f.ecr-pemocvd方法制備石墨烯層；g.濕法腐蝕去除ni層；h.ecr-pemocvd方法氮化及制備alxgayin1-x-yn緩沖層；i.ecr-pemocvd方法制備alxgayin1-x-yn外延層。

所述的a.ecr-pemocvd方法制備第一氧化硅層的具體步驟和工藝策略為：將經(jīng)清洗并干燥預(yù)處理的聚酰亞胺襯底從ecr-pemocvd設(shè)備的手套箱傳送至裝樣室，再從裝樣室傳送至真空反應(yīng)室內(nèi)的料臺上，當(dāng)真空反應(yīng)室的本底氣壓抽至5×10^-4～1×10^-5pa后，把料臺溫度加熱至室溫～500℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路向石英杯放電室中通入氧氣、氬氣的混合氣體，其中氧氣流量為40～200sccm，氬氣流量為10～100sccm，使真空反應(yīng)室的氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為300～1000w，開啟微波放電，當(dāng)微波放電穩(wěn)定后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路向真空反應(yīng)室中通入硅烷，使硅烷的摩爾流量為3×10^-4～2×10^-3mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法在聚酰亞胺襯底上制備第一氧化硅層，微波放電時間為10～120min，使第一氧化硅層的厚度控制為100～400nm。

所述的b.ecr-pemocvd方法制備氮化硅層的具體步驟和工藝策略為：將ecr-pemocvd真空反應(yīng)室的本底氣壓抽至5×10^-4～1×10^-5pa后，把料臺溫度加熱至室溫～500℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路向石英杯放電室中通入氮?dú)?、氨氣、氫氣的混合氣體，其中氮?dú)饬髁繛?～200sccm，氨氣流量為0～200sccm，氫氣流量為0～100sccm，使真空反應(yīng)室的氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為300～1000w，開啟微波放電，當(dāng)微波放電穩(wěn)定后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路向真空反應(yīng)室中通入硅烷，使硅烷的摩爾流量為2×10^-4～1.5×10^-3mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法在第一氧化硅層上制備氮化硅層，微波放電時間為10～90min，使氮化硅層的厚度控制為50～150nm。

所述的c.ecr-pemocvd方法制備第二氧化硅層的具體步驟和工藝策略為：將ecr-pemocvd真空反應(yīng)室的本底氣壓抽至5×10^-4～1×10^-5pa后，把料臺溫度加熱至200～500℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路向石英杯放電室中通入氧氣、氬氣的混合氣體，其中氧氣流量為40～200sccm，氬氣流量為10～100sccm，使真空反應(yīng)室的氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為300～1000w，開啟微波放電，當(dāng)微波放電穩(wěn)定后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路向真空反應(yīng)室中通入硅烷，使硅烷的摩爾流量為3×10^-4～2×10^-3mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法在氮化硅層上制備第二氧化硅層，微波放電時間為5～60min，使第二氧化硅層的厚度控制為50～200nm。

所述的d.磁控濺射方法制備ni層的具體步驟和工藝策略為：靶材采用ni靶，且ni靶采用強(qiáng)磁磁控靶，將沉積有第二氧化硅層的聚酰亞胺襯底，布置在磁控濺射設(shè)備鍍膜室內(nèi)的料臺上，當(dāng)磁控濺射設(shè)備鍍膜室的本底氣壓被抽至1×10^-4～5×10^-4pa，把料臺加熱至100～500℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，向磁控濺射鍍膜室中通入氬氣，氬氣流量為50～200sccm，使鍍膜室氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)鍍膜室氣壓穩(wěn)定后，把ni靶的射頻濺射電源的功率均設(shè)定為40～200w，并開啟射頻濺射電源，開始在第二氧化硅表面上濺射沉積ni層，濺射時間為1～45min，使ni層的厚度控制為40～150nm。

當(dāng)ni層制備完畢后，關(guān)閉射頻濺射電源，關(guān)閉氬氣氣源，把料臺溫度設(shè)定為30℃開始降溫，降溫過程中繼續(xù)維持抽真空設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)料臺溫度降低到30℃后，關(guān)閉抽真空設(shè)備，向磁控濺射設(shè)備中充入高純氮?dú)庵烈粋€大氣壓時，取出已濺射沉積上ni層的聚酰亞胺襯底，并把它盡快放入ecr-pemocvd設(shè)備上的充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲写谩?/p>

所述的e.氫等離子體清洗ni層的具體步驟和工藝策略為：把濺射沉積上ni層的聚酰亞胺襯底從ecr-pemocvd設(shè)備的手套箱傳送至裝樣室，再從裝樣室傳送至真空反應(yīng)室內(nèi)的料臺上，當(dāng)真空反應(yīng)室的本底氣壓抽至5×10^-4～1×10^-5pa后，把料臺溫度加熱至400～550℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路向石英杯放電室中通入氫氣，氫氣流量為50～200sccm，使真空反應(yīng)室的氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為300～1000w，開啟微波電源放電，開始使用氫等離子體清洗ni層，清洗時間為2～10min。

所述的f.ecr-pemocvd方法制備石墨烯層的具體步驟和工藝策略為：把料臺溫度加熱至400～550℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路向石英杯放電室中通入甲烷、氫氣、氬氣的混合氣體，其中甲烷流量為40～100sccm，氫氣流量為20～100sccm，氬氣流量0～100sccm，使真空反應(yīng)室的氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定后，開啟料臺的射頻偏壓電源，對料臺施加-50～-300v的偏壓，然后把微波電源功率設(shè)定為300～1000w，開啟微波電源放電，開始使用ecr-pemocvd方法在ni層上制備石墨烯層，制備時間為3～20min，制備時間結(jié)束后,關(guān)閉微波電源和各路氣體，然后把料臺溫度設(shè)定為室溫～300℃，開始降溫，降溫過程中在ni層與第二氧化硅的界面上偏析出石墨烯層，使石墨烯層的厚度控制為0.335～2.01nm。

所述的g.濕法腐蝕去除ni層的具體步驟和工藝策略為：將制備有石墨烯層的聚酰亞胺襯底置于稀鹽酸與硫酸銅的混合溶液中以去除ni層，最后將去除了ni層的聚酰亞胺襯底使用去離子水浸泡，并換水5～10次，每次浸泡3～10min，然后置于110～150℃的溫度下干燥5～20min。

所述的h.ecr-pemocvd方法氮化及制備alxgayin1-x-yn緩沖層的具體步驟和工藝策略為：在ecr-pemocvd設(shè)備上，把沉積有石墨烯層并去除了ni層的聚酰亞胺襯底經(jīng)手套箱和裝樣室傳送至真空反應(yīng)室內(nèi)的料臺上，當(dāng)真空反應(yīng)室的本底氣壓抽至5×10^-4～1×10^-5pa后，把料臺溫度加熱至室溫～300℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路向石英杯放電室中通入氮?dú)?、氨氣的混合氣體，其中氮?dú)饬髁繛?～150sccm，氨氣流量為0～150sccm，使真空反應(yīng)室的氣壓控制為0.1～5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為300～1000w，開啟微波電源放電，開始使用含氮活性粒子的等離子體對石墨烯層進(jìn)行氮化處理，氮化時間為1～10min，氮化時間結(jié)束后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路向真空反應(yīng)室中通入所需的各金屬有機(jī)物源，開始使用ecr-pemocvd方法在氮化后的石墨烯層上制備alxgayin1-x-yn緩沖層，其中三甲基鋁tmal的摩爾流量為0～4×10^-6mol/min，三甲基鎵tmga的摩爾流量為0～1×10^-5mol/min，三甲基銦tmin的摩爾流量為0～1×10^-5mol/min，使alxgayin1-x-yn緩沖層的組分值控制為：0≤x≤0.4、0≤y≤1、0≤1-x-y≤1，使alxgayin1-x-yn緩沖層的厚度控制為20～300nm，完畢后關(guān)閉微波電源和各路氣體。

所述的i.ecr-pemocvd方法制備alxgayin1-x-yn外延層的具體步驟和工藝策略為：當(dāng)料臺溫度達(dá)到350～500℃后，開始使用ecr-pemocvd方法在alxgayin1-x-yn緩沖層上制備alxgayin1-x-yn外延層，其微波放電過程同步驟h，使alxgayin1-x-yn外延層的組分值控制為：0≤x≤0.4、0≤y≤1、0≤1-x-y≤1，使alxgayin1-x-yn外延層的厚度控制為0.3～3μm。

生長完alxgayin1-x-yn外延層后，關(guān)斷各金屬有機(jī)物源，把溫度設(shè)定為20℃開始降溫，降溫過程中維持步驟e的其它制備工藝不變，當(dāng)溫度降低到300℃后，終止微波放電，并有序關(guān)閉ecr-pemocvd設(shè)備。

本發(fā)明中所有的氣體流量均由氣體質(zhì)量流量控制器控制，且ecr-pemocvd設(shè)備和磁控濺射設(shè)備中所述的存放聚酰亞胺襯底的料臺在工況下都是旋轉(zhuǎn)的，且轉(zhuǎn)速均在5～200rpm范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：在聚酰亞胺襯底上采用ecr-pemocvd方法可以低溫制備出膜層都比較致密的第一氧化硅層、氮化硅層和第二氧化硅層，起到了阻擋水和氧氣向后續(xù)膜層中擴(kuò)散的作用，同時還可抑制聚酰亞胺襯底在較高的溫度下?lián)]發(fā)雜質(zhì)；采用磁控濺射方法可在第二氧化硅層表面上低溫制備出薄膜致密、大面積均勻、厚度可控、重復(fù)性好、結(jié)合力好的ni層。由于ni層中的溶碳量較高，所以在隨后的采用ecr-pemocvd方法制備石墨烯的過程中，容易通過降溫析碳機(jī)制，在ni層與第二氧化硅層的界面上析出高質(zhì)量的石墨烯層，而ni層很容易被稀鹽酸和硫酸銅的混合溶液選擇性地去除，從而在第二層氧化硅表面上制備出透明導(dǎo)電的單層或多層石墨烯；石墨烯的表面能低，與alxgayin1-x-yn之間的反應(yīng)弱，有利于降低alxgayin1-x-yn緩沖層的成核密度，促進(jìn)alxgayin1-x-yn緩沖層和外延層在石墨烯表面上的外延橫向生長，有利于大大降低alxgayin1-x-yn外延層的位錯密度和應(yīng)力，提高alxgayin1-x-yn外延層的晶體質(zhì)量，從而在柔性聚酰亞胺襯底上生長出低位錯密度、低翹曲、高晶體質(zhì)量的alxgayin1-x-yn外延層。

本發(fā)明采用的ecr-pemocvd和磁控濺射方法的制備溫度均在550℃以下，可使用不耐高溫的聚酰亞胺襯底，降低各膜層之間的熱失配應(yīng)力，并抑制氮和銦的揮發(fā)，有利于獲得氮空位缺陷少的高銦組分alxgayin1-x-yn外延膜。

本發(fā)明的柔性聚酰亞胺襯底上的alxgayin1-x-yn薄膜可用于制備ingan基太陽能電池、gan基薄膜晶體管等柔性器件，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種柔性聚酰亞胺襯底上的氮化鎵基薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述制備方法的工藝流程圖。

圖3是本發(fā)明中所使用的ecr-pemocvd設(shè)備(發(fā)明專利：zl201210247144.8)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1聚酰亞胺襯底；2第一氧化硅層；3氮化硅層；4第二氧化硅層；5石墨烯層；

6alxgayin1-x-yn緩沖層；7alxgayin1-x-yn外延層；

8為氫氣、硫化氫、氬氣、氮?dú)?、氨氣及其混合氣體共用的放電氣體供氣管路；

9真空度計量器；15真空反應(yīng)室；16可調(diào)長度的微波耦合天線；17圓筒形諧振腔；

18諧振腔內(nèi)的活塞短路器；19永磁鐵環(huán)；20石英杯；21氣相金屬有機(jī)物供氣管路；

21-1氣相金屬有機(jī)物供應(yīng)環(huán)；22磁場線圈支撐圓筒；23電加熱器；24料臺；

25磁動/氣動送料裝置；26射頻偏壓電源。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例之一，如附圖1，2，3所示。

一種使用磁控濺射設(shè)備和ecr-pemocvd設(shè)備(發(fā)明專利：zl201210247144.8)，在聚酰亞胺襯底1上低溫制備如附圖1所示的al0.10ga0.40in0.50n薄膜的連續(xù)工藝步驟為：

a.ecr-pemocvd方法制備第一氧化硅層2：使用浸有無水乙醇的脫脂棉球沿一個方向擦拭聚酰亞胺襯底表面3次，然后將聚酰亞胺襯底1依次置于無水乙醇和去離子水中各超聲清洗3次，每次5分鐘，然后將聚酰亞胺襯底1置于120℃的熱板上干燥處理10分鐘；將干燥后的聚酰亞胺襯底1裝入ecr-pemocvd設(shè)備的手套箱中，然后把聚酰亞胺襯底1從ecr-pemocvd設(shè)備的手套箱傳送至裝樣室，再從裝樣室傳送至真空反應(yīng)室15內(nèi)的料臺24上，當(dāng)真空反應(yīng)室15的本底氣壓抽至3×10^-4pa后，把料臺24的溫度加熱至200℃，當(dāng)料臺24的溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路8向石英杯20放電室中通入氧氣、氬氣的混合氣體，其中氧氣流量為80sccm，氬氣流量為20sccm，使真空反應(yīng)室15的氣壓控制為0.5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室15的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為650w，開啟微波放電，當(dāng)微波放電穩(wěn)定后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路21向真空反應(yīng)室15中通入硅烷，硅烷的摩爾流量為1.2×10^-3mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法在聚酰亞胺襯底1上制備第一氧化硅層2，微波放電時間為45min，使第一氧化硅層2的厚度控制為300nm；第一氧化硅層2制備完畢后，關(guān)閉微波電源，關(guān)閉各路氣體。

b.ecr-pemocvd方法制備氮化硅層3：將ecr-pemocvd真空反應(yīng)室15的本底氣壓抽至3×10^-4pa后，把料臺24的溫度加熱至300℃，當(dāng)料臺24的溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路8向石英杯20放電室中通入氮?dú)?、氨氣、氫氣的混合氣體，其中氮?dú)饬髁繛?0sccm，氨氣流量為70sccm，氫氣流量為20sccm，使真空反應(yīng)室15的氣壓控制為0.5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室15的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為600w，開啟微波放電，當(dāng)微波放電穩(wěn)定后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路21向真空反應(yīng)室15中通入硅烷，硅烷的摩爾流量為1.0×10^-3mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法在第一氧化硅層2上制備氮化硅層3，微波放電時間為40min，使氮化硅層3的厚度控制為100nm；氮化硅層2制備完畢后，關(guān)閉微波電源，關(guān)閉各路氣體。

c.ecr-pemocvd方法制備第二氧化硅層4：將ecr-pemocvd真空反應(yīng)室15的本底氣壓抽至3×10^-4pa后，把料臺24的溫度加熱至350℃，當(dāng)料臺24的溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路8向石英杯20放電室中通入氧氣、氬氣的混合氣體，其中氧氣流量為80sccm，氬氣流量為20sccm，使真空反應(yīng)室15的氣壓控制為0.5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室15的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為650w，開啟微波放電，當(dāng)微波放電穩(wěn)定后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路21向真空反應(yīng)室15中通入硅烷，硅烷的摩爾流量為1.2×10^-3mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法在氮化硅層3上制備第二氧化硅層4，微波放電時間為15min，使第二氧化硅層4的厚度控制為100nm；第二氧化硅層2制備完畢后，關(guān)閉微波電源，關(guān)閉各路氣體，把料臺24的溫度設(shè)定為30℃開始降溫，料臺24的溫度降到30℃后，取出沉積有第二氧化硅層4的聚酰亞胺襯底1。

d.磁控濺射方法制備ni層：靶材采用ni靶，且ni靶采用強(qiáng)磁磁控靶，將沉積有第二氧化硅層4的聚酰亞胺襯底1，布置在磁控濺射設(shè)備鍍膜室內(nèi)的料臺上，當(dāng)磁控濺射設(shè)備鍍膜室的本底氣壓被抽至3×10^-4pa，把料臺加熱至350℃，當(dāng)料臺溫度穩(wěn)定后，向磁控濺射鍍膜室中通入氬氣，氬氣流量為120sccm，使鍍膜室氣壓控制為2pa，當(dāng)鍍膜室氣壓穩(wěn)定后，把ni靶的射頻濺射電源的功率均設(shè)定為120w，并開啟射頻濺射電源，開始在第二氧化硅4表面上濺射沉積ni層，濺射時間為20min，使ni層的厚度控制為40nm。

當(dāng)ni層制備完畢后，關(guān)閉射頻濺射電源，關(guān)閉氬氣氣源，把料臺溫度設(shè)定為30℃開始降溫，降溫過程中繼續(xù)維持抽真空設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)料臺溫度降低到30℃后，關(guān)閉抽真空設(shè)備，向磁控濺射設(shè)備鍍膜室中充入高純氮?dú)庵烈粋€大氣壓時，取出已濺射沉積上ni層的聚酰亞胺襯底1，并把它盡快放入ecr-pemocvd設(shè)備上的充滿高純氮?dú)獾氖痔紫渲写谩?/p>

e.氫等離子體清洗ni層：把濺射沉積上ni層的聚酰亞胺襯底1從ecr-pemocvd設(shè)備的手套箱傳送至裝樣室，再從裝樣室傳送至真空反應(yīng)室15內(nèi)的料臺上，當(dāng)真空反應(yīng)室15的本底氣壓抽至3×10^-4pa后，把料臺24的溫度加熱至500℃，當(dāng)料臺24的溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路8向石英杯20放電室中通入氫氣，氫氣流量為100sccm，使真空反應(yīng)室15的氣壓控制為0.5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室15的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為650w，開啟微波電源放電，開始使用氫等離子體清洗ni層，清洗時間為5min；ni層清洗完畢后，關(guān)閉微波電源，關(guān)閉氫氣氣體。

f.ecr-pemocvd方法制備石墨烯層5：把料臺24的溫度仍維持在500℃，再通過放電氣體供氣管路8向石英杯20放電室中通入甲烷、氫氣、氬氣的混合氣體，其中甲烷流量為60sccm，氫氣流量為20sccm，氬氣流量20sccm，使真空反應(yīng)室15的氣壓控制為0.5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室15的氣壓穩(wěn)定后，開啟射頻偏壓電源26，對料臺24施加-200v的偏壓，然后把微波電源功率設(shè)定為700w，開啟微波電源放電，開始使用ecr-pemocvd方法在ni層上制備石墨烯層5，制備時間為10min，制備時間結(jié)束后,關(guān)閉微波電源和各路氣體，然后把料臺24的溫度設(shè)定為30℃，開始降溫，降溫過程中在ni層與第二氧化硅4的界面上偏析出石墨烯層5，使石墨烯層5的厚度控制為0.67nm；當(dāng)料臺24的溫度降到30℃后，取出沉積有石墨烯層5的聚酰亞胺襯底1。

g.濕法腐蝕去除ni層：按每10g硫酸銅溶于100ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％濃度稀鹽酸的比例，配制出硫酸銅與稀鹽酸的混合溶液，將制備有石墨烯層5的聚酰亞胺襯底1置于該稀鹽酸與硫酸銅的混合溶液中，利用濕法腐蝕方法去除ni層，最后將去除了ni層的聚酰亞胺襯底1轉(zhuǎn)移至去離子水中浸泡，并換水5次，每次浸泡5min，然后置于120℃的熱板上干燥處理10min。

h.ecr-pemocvd方法氮化及制備al0.10ga0.40in0.50n緩沖層6：在ecr-pemocvd設(shè)備上，把沉積有石墨烯層5并去除了ni層的聚酰亞胺襯底1經(jīng)手套箱和裝樣室傳送至真空反應(yīng)室15內(nèi)的料臺上，當(dāng)真空反應(yīng)室15的本底氣壓抽至3×10^-4后，把料臺24的溫度加熱至300℃，當(dāng)料臺24的溫度穩(wěn)定后，通過放電氣體供氣管路8向石英杯20放電室中通入氮?dú)?、氨氣的混合氣體，其中氮?dú)饬髁繛?0sccm，氨氣流量為80sccm，使真空反應(yīng)室15的氣壓控制為0.5pa，當(dāng)真空反應(yīng)室15的氣壓穩(wěn)定后，把微波電源功率設(shè)定為650w，開啟微波電源放電，開始使用含氮活性粒子的等離子體對石墨烯層5進(jìn)行氮化處理，氮化時間為3min，氮化時間結(jié)束后，再通過氣相金屬有機(jī)物供氣管路21向真空反應(yīng)室15中通入所需的三甲基鋁tmal、三甲基鎵tmga和三甲基銦tmin源，開始使用ecr-pemocvd方法在氮化后的石墨烯層5上制備al0.10ga0.40in0.50n緩沖層6，其中三甲基鋁tmal的摩爾流量為3.25×10^-7mol/min，三甲基鎵tmga的摩爾流量為2.56×10^-6mol/min，三甲基銦tmin的摩爾流量為2.30×10^-6mol/min，開始使用ecr-pemocvd方法制備al0.10ga0.40in0.50n緩沖層4，使alxgayin1-x-yn緩沖層4的組分值控制為：x＝0.10、y＝0.40、1-x-y＝0.50，使al0.10ga0.40in0.50n緩沖層4的厚度控制為20nm；al0.10ga0.40in0.50n緩沖層6制備完畢后，關(guān)閉微波電源，關(guān)閉氮?dú)狻睔夂腿谆Xtmal、三甲基鎵tmga、三甲基銦tmin氣體。

i.ecr-pemocvd方法制備al0.10ga0.40in0.50n外延層7：當(dāng)料臺24的溫度達(dá)到450℃后，開始使用ecr-pemocvd方法在al0.10ga0.40in0.50n緩沖層6上制備al0.10ga0.40in0.50n外延層7，其微波放電過程同步驟h，使alxgayin1-x-yn外延層7的組分值控制為：x＝0.10、y＝0.40、1-x-y＝0.50，使al0.10ga0.40in0.50n外延層7的厚度控制為3μm。

生長完al0.10ga0.40in0.50n外延層7后，關(guān)斷各金屬有機(jī)物源，把溫度設(shè)定為30℃開始降溫，降溫過程中維持步驟e的其它制備工藝不變，當(dāng)溫度降低到300℃后，終止微波放電，并有序關(guān)閉ecr-pemocvd設(shè)備。

使用上述步驟，在聚酰亞胺襯底上制備出了3μm厚的高質(zhì)量al0.10ga0.40in0.50n外延層。原子力顯微鏡afm測試結(jié)果顯示，al0.10ga0.40in0.50n外延層的平均晶粒尺寸大于1.7μm，表面粗糙度低于3nm；x射線衍射測試結(jié)果顯示al0.10ga0.40in0.50n外延層為單一c軸取向生長，al0.10ga0.40in0.50n(002)晶面的高分辨x射線衍射的搖擺曲線半高寬小于330弧秒。

實(shí)施例之二，如附圖1，2，3所示。

實(shí)施例之二中的步驟a-步驟g與實(shí)施例之一完全相同，區(qū)別在于步驟h和步驟i中三甲基鎵tmga的摩爾流量均為6.4×10^-6mol/min，而三甲基鋁tmal和三甲基銦tmin的摩爾流量均為0mol/min。

使用上述步驟，在聚酰亞胺襯底襯底上制備出了3μm厚的高質(zhì)量gan外延層。原子力顯微鏡afm測試結(jié)果顯示，gan外延層的平均晶粒尺寸大于1.9μm，表面粗糙度低于2.5nm；x射線衍射測試結(jié)果顯示gan外延層為單一c軸取向生長，gan(002)晶面的高分辨x射線衍射的搖擺曲線半高寬小于300弧秒。

實(shí)施例之三，如附圖1，2，3所示。

實(shí)施例之三中的步驟a-步驟g與實(shí)施例之一完全相同，區(qū)別在于步驟h和步驟i中三甲基銦tmga的摩爾流量均為4.6×10^-6mol/min，而三甲基鋁tmal和三甲基鎵tmga的摩爾流量均為0mol/min。

使用上述步驟，在聚酰亞胺襯底襯底上制備出了3μm厚的高質(zhì)量inn外延層。原子力顯微鏡afm測試結(jié)果顯示，inn外延層的平均晶粒尺寸大于2.1μm，表面粗糙度低于2.2nm；x射線衍射測試結(jié)果顯示inn外延層為單一c軸取向生長，inn(002)晶面的高分辨x射線衍射的搖擺曲線半高寬小于280弧秒。