阅读说明：本技术 一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法 (Preparation method of silicon carbide graphene substrate epitaxial material ) 是由 不公告发明人 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法,属于单晶材料制备技术领域。本发明解决了目前制备碳化硅石墨烯衬底外延材料时存在的缺陷问题。本发明提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法,包括碳化硅基层的生长,碳化硅-石墨烯层的生长,利用衬底制备专用设备对碳化硅-石墨烯复合层进行加工,获得碳化硅石墨烯外延晶体材料,切割后得到的碳化硅晶体再次生长石墨烯,再次经过加工后得到碳化硅石墨烯衬底外延材料,依次反复操作,即可获得工业化碳化硅石墨烯衬底外延材料。(A preparation method of a silicon carbide graphene substrate epitaxial material belongs to the technical field of single crystal material preparation. The invention solves the defect problem existing in the preparation of the silicon carbide graphene substrate epitaxial material at present. The invention provides a preparation method of a silicon carbide graphene substrate epitaxial material, which comprises the steps of growing a silicon carbide substrate layer and a silicon carbide-graphene layer, processing a silicon carbide-graphene composite layer by using special substrate preparation equipment to obtain a silicon carbide graphene epitaxial crystal material, growing graphene on a cut silicon carbide crystal again, processing again to obtain the silicon carbide graphene substrate epitaxial material, and repeating the operations in sequence to obtain the industrial silicon carbide graphene substrate epitaxial material.)

一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，属于单晶材料制备技术领域。

背景技术

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料，石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构，石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯，铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是基层甚至仅仅一层石墨烯。目前石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、碳化硅外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法。目前的这些石墨烯制备方法还存在以下几点缺陷：

1.目前广泛应用的氧化还原石墨烯材料氧化还原程度无法精准控制工艺复杂，不易集成，难以工业化。

2.化学气相沉积法和碳化硅外延生长石墨烯在器件加工工艺上仍然不成熟，碳化硅与石墨烯片层之间的融合度不高，且在制备石墨烯时还会产生一定量的污染。

综上所述，亟需一种污染小，工序简单，材料融合度高的碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法。

发明内容

为解决目前的石墨烯制备方法材料融合度低、工序复杂，难以工业化，本发明提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法。

本发明的技术方案：

一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤如下：

步骤一、碳化硅基层的生长；

步骤二、碳化硅-石墨烯层的生长；

步骤三、利用衬底制备专用设备对碳化硅-石墨烯复合层进行加工，获得碳化硅石墨烯外延晶体材料；

步骤四、切割后得到的碳化硅晶体再次通过步骤三进行再次生长石墨烯，再次经过加工后得到碳化硅石墨烯衬底外延材料，依次反复操作，即可获得工业化碳化硅石墨烯衬底外延材料。

进一步的，步骤一的具体实现步骤是：

步骤1：利用高纯碳粉和高纯硅颗粒在高温纯化炉中制备高纯的碳化硅粉料饼；

步骤2：利用碳化硅晶体生长专用模拟软件VR-PVT-SiC，通过模拟仿真技术，模拟碳化硅晶体生长的最佳温度和压力；

步骤3：在高温电阻炉内，设定碳化硅基层生长温度和压力，并通入氮气保护气，在此条件下维持115小时，获得300um碳化硅基层。

进一步的，步骤1所述碳化硅粉料饼的纯度控制在纯度99.999％。

进一步的，步骤2所述碳化硅基层最佳生长温度为2300℃，碳化硅基层生长最佳压力为2.5x10⁴pa。

进一步的，步骤二的具体实现步骤是：将步骤一种取出的碳化硅晶体放入高压反应炉中，调节温度和压力，将硅原子缓慢蒸发出来，形成C-C结构的石墨烯层。

进一步的，步骤二中将高压反应炉的温度调节为1650℃，将高压反应炉的压力调节为6.7x10⁵pa，通过这个温度和压力将硅原子缓慢蒸发出来。

进一步的，所述步骤三利用衬底制备专用设备对碳化硅石墨烯进行滚圆、倒角、切割、研磨和抛光。

进一步的，所述步骤四中加工方法为滚圆、倒角、切割、研磨和抛光。

本发明的有益效果：

1.本发明有所需原料经收集可重复使用，提高材料利用率，降低实验生产成本；

2.本发明避免化学镀膜、刻蚀等工作，无污染，工序简单；

3.本发明获得的材料融合度较高，避免了二次加工；

4.本发明所制备的碳化硅石墨烯材料性能好。

附图说明

图1为一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤如下：

步骤一：碳化硅基层的生长；

步骤二：碳化硅-石墨烯层的生长；

步骤三：利用衬底制备专用设备对碳化硅-石墨烯复合层进行加工，获得碳化硅石墨烯外延晶片材料；

步骤四：切割后得到的碳化硅晶体再次通过步骤三进行再次生长石墨烯，再次经过加工后碳化硅石墨烯衬底外延材料，依次反复操作，即可获得工业化碳化硅石墨烯衬底外延材料。

实施例2

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤一的具体实现步骤是：

步骤1：利用高纯碳粉和高纯硅颗粒在高温纯化炉中制备高纯的碳化硅粉料饼；

步骤2：利用碳化硅晶体生长专用模拟软件VR-PVT-SiC，通过模拟仿真技术，模拟碳化硅晶体生长的最佳温度和压力；

步骤3：在高温电阻炉内，设定碳化硅基层生长温度和压力，并通入氮气保护气，在此条件下维持115小时，获得300um碳化硅基层。

实施例3

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤1所述碳化硅粉料饼的纯度控制在纯度99.999％。

实施例4

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤2所述碳化硅基层最佳生长温度为2300℃，碳化硅基层生长最佳压力为2.5x10⁴pa。

实施例5

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤二的具体实现步骤是：将步骤一种取出的碳化硅晶体放入高压反应炉中，调节温度和压力，将硅原子缓慢蒸发出来，形成C-C结构的石墨烯层。

实施例6

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，步骤二中将高压反应炉的温度调节为1650℃，将高压反应炉的压力调节为6.7x10⁵pa，通过这个温度和压力将硅原子缓慢蒸发出来。

实施例7

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，所述步骤三利用衬底制备专用设备对碳化硅石墨烯进行滚圆、倒角、切割、研磨和抛光。

实施例8

本实施例提供了一种碳化硅石墨烯衬底外延材料的制备方法，所述步骤四中加工方法为滚圆、倒角、切割、研磨和抛光。