蓝宝石衬底上化学气相沉积法生长石墨烯

刘庆彬　蔚翠　何泽召　王晶晶　李佳　芦伟立　冯志红

(河北半导体研究所，专用集成电路国家级重点实验室，石家庄050051)

蓝宝石衬底上化学气相沉积法生长石墨烯

刘庆彬蔚翠何泽召王晶晶李佳芦伟立冯志红*

(河北半导体研究所，专用集成电路国家级重点实验室，石家庄050051)

化学气相沉积(CVD)法是制备大面积、高质量石墨烯材料的主要方法之一，但存在衬底转移和碳固溶等问题，本文选用蓝宝石衬底弥补了传统CVD法的不足。利用CVD法在蓝宝石衬底上生长石墨烯材料，研究生长温度对石墨烯表面形貌和晶体质量的影响。原子力显微镜(AFM)、光学显微镜(OM)、拉曼光谱和霍尔测试表明，低温生长有利于保持材料表面的平整度，高温生长有利于提高材料的晶体质量。研究氢气和碳源对蓝宝石衬底表面刻蚀作用机理，发现氢气对蓝宝石衬底有刻蚀作用，而单纯的碳源不能对衬底产生刻蚀效果。在1200°C下，直径为50mm的晶圆级衬底上获得平整度和质量相对较好的石墨烯材料，室温下载流子迁移超过1000cm2∙V－1∙s－1。

石墨烯；蓝宝石；化学气相沉积法；生长温度；刻蚀机理

蓝宝石单晶材料属于六方晶系，具有电绝缘、易导热、硬度高和价格低廉的特点，因此经常用来作为集成电路的衬底材料。蓝宝石如此优良的特性使得它成为制备石墨烯材料的理想选择，近几年，国际上已有数个研究小组开展了蓝宝石衬底上石墨烯材料生长研究，并取得了一定的进展。2010年，Hwang7和Maeda8研究组在没有金属催化剂的条件下，分别采用CVD法和分子束外延(MBE)法，直接在蓝宝石衬底上生长出薄层石墨化碳材料，证明蓝宝石衬底上生长石墨烯材料具有可行性。……