專利名稱：一種條紋寬度可控的激光加熱制備單層石墨烯的方法
技術領域：
本發明涉及一種在襯底上鍍鎳膜，利用激光加熱法制備條紋寬度可控的石墨烯， 屬于半導體材料技術領域。
背景技術：
硅材料的加工極限一般認為是IOnm線寬。受物理原理的制約，小于10納米后不太可能生產出性能穩定、集成度更高的產品。然而石墨烯的出現有望為研制超高速集成電路帶來突破。大面積生長的石墨烯可以作為集成電路中Si材料的替代，具有較高的電子傳輸特性、響應頻率好和較寬光波段透明度的性質能夠實現高速的電子器件制備的優化。目前，生長石墨烯主要的方法是微機械分離法，化學還原法等方法，而CVD方法是生長石墨烯材料的有效手段，由于化學氣相沉積技術已實現大規模工業化應用，其生產工藝十分成熟。而該方法一般采用電阻絲加熱的方式，但是此方式存在降溫速率慢，難于實現快速降溫，導致石墨烯的多層生長，因此需要一種新的生長方法，保證石墨稀的單層生長。集成電路制備需要特定的形狀，傳統制作有光刻、電子束刻蝕以及化學等方法。光刻步驟不僅需要特定的光線環境，光刻耗材昂貴，設備成本高，而且操作繁瑣等缺點。電子束刻蝕以及化學方法這些方法，過程復雜，成品率低，不適宜未來集成工藝的發展。而且上述兩種方法都需要且需要模板控制特定的圖形。本發明涉及一種利用激光加熱，且通過控制光束圖形得到不同條紋寬度的單層石墨稀的方法。其特點在于石墨稀寬度可控，適合在多種的襯底上生長；使用激光加熱替代傳統熱源，降低能耗。
發明內容
針對背景技術中提出的問題，本發明利用激光加熱法制備的石墨烯，可以實現其單層石墨稀的定向排列，并且能形成間隔條紋狀的石墨烯材料。可節省制作溝道步驟。采用激光加熱法制備間隔條紋狀的石墨烯，其步驟為激光參數，調整光路，使光束通過光柵，獲得的條紋分立，并且能正好照射在樣品上溫度達到900°C，3-5分鐘，通入氫氣和氬氣控制其流量均為200sCCm。關閉激光，從石英管內取出樣品，，自然冷卻。(1)在襯底表面鍍500nm鎳膜退火處理，作為生長石墨烯的催化劑。(2)將襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以實現對襯底溫度的監測，開啟激光器，調整激光光路和參數，使光束通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻對準襯底上，開啟激光器。(3)先將氬氣通入密封的的石英管中，保持其流量為200SCCm，以確保排出石英管中的空氣，保持30分鐘后，將氫氣以相同的流量通入密封的石英管中保持五分鐘。(4)調整光柵參數，獲得不同寬度的條紋。(5)開啟激光器對準選擇生長的襯底區域進行加熱，溫度傳感器顯示溫度達到900向密封石英管內通入甲烷(CH4)氣體作為反應前驅源，流量為lOOsccm，持續3_5分鐘進行石墨烯生長。(6)關閉激光器，去除光束，取出樣品，自然冷卻，得到不同條紋寬度的單層石墨烯樣品。
具體實施方式
11、將襯底經過清洗處理，在其表面鍍500nm鎳膜，鍍膜時襯底無需加熱，氬氣或者氮氣保護。真空度達到2X KT7Torr，厚度均勻性士5%。2、通入氫氣和氬氣流量以400SCCm和200sCCm通入石英管式爐，將鍍鎳的藍寶石襯底在900°C進行退火處理，持續5-10分鐘，使多晶鎳的晶粒團聚，形成面積較大的晶粒， 這樣可以使生長在其表面的石墨烯晶粒尺寸變大。3、將經過鍍鎳襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以對襯底表面溫度進行監測，開啟激光器，調整激光光路和參數，使其通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻對準襯底上開啟激光器。4、將氬氣通入密封的石英管內，并且控制其流量為200sCCm，出口側接入良好的排風設備中，確保石英管內的空氣能夠徹底的被排出，持續30分鐘。5、將氫氣通入密封的石英管中，保持氬氣和氫氣的流量均為200sCCm，持續5分鐘。6、開啟激光器，調整光柵，使條紋寬度10 IOOnm之間，對襯底區域進行加熱。7、當溫度傳感器顯示襯底溫度達到900°C時，通入反應前驅源CH4氣體，持續3_5 分鐘進行石墨烯生長。8、關閉激光器，去除光束，停止加熱，降溫速度快，取出樣品，在襯底表面得到O IOOnm條紋寬度的石墨烯樣品。
具體實施方式
21、將襯底經過清洗處理，在其表面鍍500nm鎳膜，鍍膜時襯底無需加熱，氬氣或者氮氣保護。真空度達到2X KT7Torr，厚度均勻性士5%。2、通入氫氣和氬氣流量以400SCCm和200sCCm通入石英管式爐，將鍍鎳的藍寶石襯底在900°C進行退火處理，持續5-10分鐘，使多晶鎳的晶粒團聚，形成面積較大的晶粒， 這樣可以使生長在其表面的石墨烯晶粒尺寸變大。3、將經過鍍鎳襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以對襯底表面溫度進行監測，開啟激光器，調整激光光路和參數，使其通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻對準襯底上開啟激光器。4、將氬氣通入密封的石英管內，并且控制其流量為200sCCm，出口側接入良好的排風設備中，確保石英管內的空氣能夠徹底的被排出，持續30分鐘。5、將氫氣通入密封的石英管中，保持氬氣和氫氣的流量均為200sCCm，持續5分鐘。6、開啟激光器，調整光柵，使條紋寬度1000 IOOOnm之間，對襯底區域進行加熱。7、當溫度傳感器顯示襯底溫度達到900°C時，通入反應前驅源甲烷氣體，持續3-5 分鐘進行石墨烯生長。8、關閉激光器，去除光束，停止加熱，降溫速度快，取出樣品，在襯底表面得到不同條紋寬度的石墨烯樣品。
具體實施方式
31、將襯底經過清洗處理，在其表面鍍500nm鎳膜，鍍膜時襯底無需加熱，氬氣或者氮氣保護。真空度達到2X KT7Torr，厚度均勻性士5%。2、通入氫氣和氬氣流量以400SCCm和200sCCm通入石英管式爐，將鍍鎳的藍寶石襯底在900°C進行退火處理，持續5-10分鐘，使多晶鎳的晶粒團聚，形成面積較大的晶粒， 這樣可以使生長在其表面的石墨烯晶粒尺寸變大。3、將經過鍍鎳襯底放入密封的石英管中，放置溫度傳感器可以對襯底表面溫度進行監測，開啟激光器，調整激光光路和參數，使其通過光柵獲得的條紋光斑能夠均勻對準襯底上開啟激光器。4、將氬氣通入密封的石英管內，并且控制其流量為200sCCm，出口側接入良好的排風設備中，確保石英管內的空氣能夠徹底的被排出，持續30分鐘。5、將氫氣通入密封的石英管中，保持氬氣和氫氣的流量均為200sCCm，持續5分鐘。6、開啟激光器，調整光柵，使條紋寬度Ium IOOum之間，對襯底區域進行加熱。7、當溫度傳感器顯示襯底溫度達到900°C時，通入反應前驅源甲烷氣體，持續3-5 分鐘進行石墨烯生長。8、關閉激光器，去除光束，停止加熱，降溫速度快，取出樣品，在襯底表面得到 Ium IOOum條紋寬度的石墨烯樣品。
權利要求
1.一種激光加熱制備石墨烯材料的方法，其特征在于具體實施步驟為1)將襯底表面鍍500nm鎳膜退火處理，作為生長石墨烯的催化劑。將襯底放入石英管中，放置溫度傳感器可以實現對襯底溫度的監測，開啟激光器，調整激光光路和參數，使其通過光柵獲得的衍射條紋光斑能夠均勻對準襯底上開啟激光器。2)先將氬氣通入密封的的石英管中，保持其流量為200sCCm，以確保排出石英管中的空氣，保持30分鐘后，將氫氣以相同的流量通入密封的石英管中保持5分鐘。3)開啟激光器對準選擇生長的襯底區域進行加熱，當溫度傳感器顯示溫度達到 900°C，向密封石英管內通入甲烷(CH4)氣體作為反應前驅源，氫氣作為反映的還原氣體，流量均為lOOsccm，持續3-5分鐘進行石墨烯生長。關閉激光器，去除光束，取出樣品，自然冷卻，得到大面積生長的單層石墨烯樣品。
2.調節激光參數改變激光光斑面積，可以的得到和光斑面積相同的生長石墨稀材料的區域。
3.根據權利要求1所述的條紋的單層石墨烯的制備方法，使激光通過光柵對的襯底區域進行加熱生長單層石墨烯，省略傳統光刻的方法實現樣品條紋化的工藝過程，其特征在于用光柵得到分立的激光光束，進而得到分立的條紋狀的單層石墨烯。
4.根據權利要求1所述的條紋狀單層石墨烯的制備方法，其特征在于采用了激光光束通過光柵加熱的方法對襯底進行選擇生長區域加熱，持續3-5分鐘，關閉激光器，由于可以快速去除光束，不存在附加的受熱區域，迅速降溫，而減少不必要的多層石墨烯生長，可以制備出大面積的優質的石墨烯材料。
全文摘要
本發明涉及一種在襯底上利用激光光束通過光柵加熱方法制備條紋寬度可控的單層石墨烯(Graphene)的方法，屬于半導體新型材料技術領域。石墨烯具有較高的電子傳輸特性、響應頻率好和較寬光波段透明度的性質，能夠實現高速電子器件制備的優化。因此實現生長優質的條紋狀石墨烯材料對于電子技術的發展具有重要意義。本發明利用激光通過光柵加熱襯底的方法制備條紋狀的單層石墨烯，省略了光刻步驟，一步完成，簡單易行，沒有附加物質對生長材料的污染；同時，可以快速去除光束，具有降溫快等特點，可以減少不必要的多層石墨稀生長，有效的實現石墨烯單層生長，其特征在于用光柵得到分立的光束，進而得到分立的條紋狀的單層石墨烯。
文檔編號C01B31/04GK102249221SQ201110133130
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者方芳, 方鉉, 李金華, 王勇波, 王曉華, 王菲, 譚學壘, 韓作良, 魏志鵬 申請人:長春理工大學