CN104818526A - 一种气相生长二维材料的方法 - Google Patents

一种气相生长二维材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104818526A
CN104818526A CN201510040660.7A CN201510040660A CN104818526A CN 104818526 A CN104818526 A CN 104818526A CN 201510040660 A CN201510040660 A CN 201510040660A CN 104818526 A CN104818526 A CN 104818526A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional material
reaction chamber
seed layer
vapor phase
crystal seed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510040660.7A
Other languages
English (en)
Inventor
夏洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIAXING KEMIN ELECTRONIC EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Xia Yang
Jiaxing Microelectronic Instruments and Equipment Engineering Center of CAS
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201510040660.7A priority Critical patent/CN104818526A/zh
Publication of CN104818526A publication Critical patent/CN104818526A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及薄膜材料制备技术领域,特别涉及一种气相生长二维材料的方法,包括:在衬底上引入基础二维材料形成晶种层;控制反应腔室的温度低于2000℃,控制反应腔室的真空度高于10-3torr;将衬底放入所述反应腔室内,在反应腔室中充入反应物;晶种层边界的化学键吸引所述反应物,使晶种层的四周横向外延生长。本发明提供的气相生长二维材料的方法,采用具有完整晶格的二维材料作为晶种层,并采用横向外延方式生长出大面积二维材料薄膜,可以外延出完整晶格的大面积二维材料薄膜,二维材料薄膜的厚度、结构、尺寸容易控制。

Description

一种气相生长二维材料的方法
技术领域
本发明涉及薄膜材料制备技术领域,特别涉及一种气相生长二维材料的方法。
背景技术
自从二维材料发现以来,由于二维材料的奇异电子特性及力学特性,各种二维材料的制备方法成为研究的热点。以石墨烯薄膜的制备为例,目前二维材料的制备主要有以下几种方法:第一、利用胶带反复粘贴技术制备石墨烯薄膜;这种方法能够获得高质量石墨烯薄膜,具有较完整的晶格和高迁移率,但是这种方法很难实现石墨烯薄膜的大面积制备,难以实现工业化应用。第二、利用SiC材料蒸发的方法制备石墨烯薄膜;将SiC材料加热到1000℃以上高温,将表面Si原子蒸发,剩下单层C原子,构成石墨烯薄膜;这种方法可以制备大面积的石墨烯薄膜,但是由于Si原子的蒸发会产生大量缺陷,无法制备高质量完整晶格的石墨烯薄膜。第三、利用金属衬底诱导催化方法制备石墨烯薄膜;在高温条件下,CH4通过金属铜或锗催化反应和衬底晶格诱导,形成石墨烯薄膜;该方法较前两种有较大进步,但由于金属铜或锗和石墨烯的晶略有不同,石墨烯难于形成完美晶格,此外,由于采用金属铜或锗衬底为导体,石墨烯薄膜使用时还要将金属铜或锗衬底去除,容易破坏石墨烯薄膜的晶格以及增加制备成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够制备出具有完整晶格的大面积二维材料薄膜的气相生长二维材料的方法。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种气相生长二维材料的方法, 包括:在衬底上引入基础二维材料形成晶种层;控制反应腔室的温度低于2000℃,控制所述反应腔室的真空度高于10-3torr;将所述衬底放入所述反应腔室内,在所述反应腔室中充入反应物;所述晶种层边界的化学键吸引所述反应物,使所述晶种层的四周横向外延生长。
进一步地,所述基础二维材料是通过微机械剥离、液相剥离、化学气相沉积、碳偏析、化学氧化还原反应、分解固相碳源或分解液相碳源的方式合成的二维材料薄膜。
进一步地,所述反应物为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醇、酮、石墨或碳管。
进一步地,所述反应物经过加热处理、溅射、激光处理、等离子体处理或化学分解反应形成气相物质充入到所述反应腔室内。
进一步地,控制所述反应腔室的温度为50~600℃。
进一步地,控制所述反应腔室的真空度为10-8~10-9torr。
进一步地,所述二维材料为MoS2、ZnO或石墨烯。
进一步地,所述晶种层的四周横向外延生长的时间为5min。
本发明提供的气相生长二维材料的方法,采用具有完整晶格的二维材料作为晶种层,并采用横向外延方式生长出大面积二维材料薄膜,可以外延出完整晶格的大面积二维材料薄膜,二维材料薄膜的厚度、结构、尺寸容易控制。制备出二维材料薄膜具有优异的特性,适用于大规模地制造高性能的器件。由于晶种层放置在衬底上,所以可以在任何目标衬底上大面积生长二维材料薄膜,在应用二维材料薄膜时不需要转移,提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的气相生长二维材料的方法操作示意图;
图2为本发明实施例提供的气相生长二维材料的方法又一操作示意 图,
图3为本发明实施例提供的生长完成的二维材料薄膜示意图。
具体实施方式
参见图1-图3,在制备二维材料时,通过在衬底2上先引入一小块二维材料(如小块石墨烯)作为晶种层1,然后将带有晶种层1的衬底2放入反应腔室中,当反应腔室达到一定的条件时,充入所需反应物,利用晶种层边界的化学键吸引反应物,使晶种层1不断横向外延长大,最后在整个衬底2上得到大面积的二维材料薄膜。选用的衬底2可以为导体、半导体或绝缘体,本实施例采用导体材料制作成圆形的衬底2。
基于以上分析,参见图1-图3,本发明实施例提供了一种气相生长二维材料的方法,包括:
步骤10、在衬底2上引入基础二维材料形成晶种层1。
其中,基础二维材料为MoS2、ZnO或石墨烯;基础二维材料的形状可以是任意形状(比如正方形、长方形、圆形、椭圆形或不规则型),本实施例中,基础二维材料采用不规则形状的石墨烯块,基础二维材料的体积小于衬底2的体积。基础二维材料是通过微机械剥离、液相剥离、化学气相沉积、碳偏析、化学氧化还原反应、分解固相碳源或分解液相碳源的方式合成的二维材料薄膜。
步骤20、控制反应腔室的温度低于2000℃,控制反应腔室的真空度高于10-3torr;将衬底2放入反应腔室内,在反应腔室中充入反应物3。
本实施例中,反应腔室的温度设定在50~600℃(如50℃、250℃或600℃)。反应腔室的真空度设置在10-8~10-9torr(如10-8torr或10-9torr)。反应物3根据生长材料可以不同,可采用气态碳源、固态碳源、液态碳源或混合碳源材料;具体的,反应物3可选用烷烃(如甲烷)、烯烃(如乙 烯)、炔烃(如乙炔)、芳香烃(如苯)、醇(如乙醇)、酮(如丙酮)、石墨或碳管。反应物3经过加热处理、溅射、激光处理、等离子体处理或化学分解反应形成气相物质充入到所述反应腔室内。
步骤30、参见图1~图3,晶种层1边界的化学键吸引反应物3,使晶种层1的四周横向外延生生长,形成大面积石墨烯薄膜4。
本实施例中,晶种层1的生长时间为5min。
本发明实施例提供的气相生长二维材料的方法,采用具有完整晶格的二维材料作为晶种层,并采用横向外延方式生长出大面积二维材料薄膜,可以外延出完整晶格的大面积二维材料薄膜,二维材料薄膜的厚度、结构、尺寸容易控制。本发明实施例提供的气相生长二维材料的方法,制备出二维材料薄膜具有优异的特性,适用于大规模地制造高性能的器件。由于晶种层放置在衬底上,所以可以在任何目标衬底上大面积生长二维材料薄膜,在应用二维材料薄膜时不需要转移,提高了生产效率。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的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,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种气相生长二维材料的方法,其特征在于,包括:
在衬底上引入基础二维材料形成晶种层;
控制反应腔室的温度低于2000℃,控制所述反应腔室的真空度高于10-3torr;将所述衬底放入所述反应腔室内,在所述反应腔室中充入反应物;
所述晶种层边界的化学键吸引所述反应物,使所述晶种层的四周横向外延生长。
2.根据权利要求1所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,所述基础二维材料是通过微机械剥离、液相剥离、化学气相沉积、碳偏析、化学氧化还原反应、分解固相碳源或分解液相碳源的方式合成的二维材料薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,所述反应物为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醇、酮、石墨或碳管。
4.根据权利要求1或2所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,所述反应物经过加热处理、溅射、激光处理、等离子体处理或化学分解反应形成气相物质充入到所述反应腔室内。
5.根据权利要求1所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,控制所述反应腔室的温度为50~600℃。
6.根据权利要求1所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,控制所述反应腔室的真空度为10-8~10-9torr。
7.根据权利要求1所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,所述二维材料为MoS2、ZnO或石墨烯。
8.根据权利要求1所述的气相生长二维材料的方法,其特征在于,所述晶种层的四周横向外延生长的时间为5min。
CN201510040660.7A 2015-01-27 2015-01-27 一种气相生长二维材料的方法 Pending CN104818526A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510040660.7A CN104818526A (zh) 2015-01-27 2015-01-27 一种气相生长二维材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510040660.7A CN104818526A (zh) 2015-01-27 2015-01-27 一种气相生长二维材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104818526A true CN104818526A (zh) 2015-08-05

Family

ID=53729000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510040660.7A Pending CN104818526A (zh) 2015-01-27 2015-01-27 一种气相生长二维材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104818526A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105951055A (zh) * 2016-06-17 2016-09-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种二维锡烯材料的制备方法
CN105970299A (zh) * 2016-05-05 2016-09-28 广西科学院 一种新型碳二维平面晶体及其制备方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002060298A (ja) * 2000-08-14 2002-02-26 Japan Atom Energy Res Inst 軟x線ミラー用のエピタキシャル多層膜の作製方法
CN1389904A (zh) * 2002-05-31 2003-01-08 南京大学 横向外延生长高质量氮化镓薄膜的方法
CN1564314A (zh) * 2004-04-20 2005-01-12 中国科学院物理研究所 一种制备高质量氧化锌基单晶薄膜的方法
CN1696356A (zh) * 2004-05-12 2005-11-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 籽晶诱导、低温液相外延自组装生长氧化锌薄膜的方法
CN1992166A (zh) * 2005-12-29 2007-07-04 深圳大学 蓝宝石基无掩膜横向外延生长高质量的ⅲ族氮化物薄膜
CN101240451A (zh) * 2007-11-21 2008-08-13 南京大学 原位腐蚀降低HVPE GaN薄膜位错密度的方法
CN101467231A (zh) * 2006-04-25 2009-06-24 新加坡国立大学 在外延横向过度生长氮化镓模板上生长氧化锌膜的方法
US20100258786A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 Northwestern University Self-assembled organic monolayers on graphene and methods of making and using
CN101979315A (zh) * 2010-11-16 2011-02-23 中国科学院微电子研究所 一种单原子层石墨烯薄膜的制备方法
CN102409399A (zh) * 2011-11-04 2012-04-11 南京航空航天大学 一种高质量石墨烯的制法
CN103074679A (zh) * 2013-02-04 2013-05-01 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 一种单晶石墨烯的化学气相沉积制备方法
CN103866269A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 中国科学院微电子研究所 原子层沉积制备Te-N共掺的氧化锌薄膜的方法
CN103952682A (zh) * 2014-04-22 2014-07-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 化学气相沉积生长单层二硫化钼的方法
CN104195523A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 嘉兴科民电子设备技术有限公司 一种等离子体增强原子层沉积铝掺杂氧化锌薄膜方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002060298A (ja) * 2000-08-14 2002-02-26 Japan Atom Energy Res Inst 軟x線ミラー用のエピタキシャル多層膜の作製方法
CN1389904A (zh) * 2002-05-31 2003-01-08 南京大学 横向外延生长高质量氮化镓薄膜的方法
CN1564314A (zh) * 2004-04-20 2005-01-12 中国科学院物理研究所 一种制备高质量氧化锌基单晶薄膜的方法
CN1696356A (zh) * 2004-05-12 2005-11-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 籽晶诱导、低温液相外延自组装生长氧化锌薄膜的方法
CN1992166A (zh) * 2005-12-29 2007-07-04 深圳大学 蓝宝石基无掩膜横向外延生长高质量的ⅲ族氮化物薄膜
CN101467231A (zh) * 2006-04-25 2009-06-24 新加坡国立大学 在外延横向过度生长氮化镓模板上生长氧化锌膜的方法
CN101240451A (zh) * 2007-11-21 2008-08-13 南京大学 原位腐蚀降低HVPE GaN薄膜位错密度的方法
US20100258786A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 Northwestern University Self-assembled organic monolayers on graphene and methods of making and using
CN101979315A (zh) * 2010-11-16 2011-02-23 中国科学院微电子研究所 一种单原子层石墨烯薄膜的制备方法
CN102409399A (zh) * 2011-11-04 2012-04-11 南京航空航天大学 一种高质量石墨烯的制法
CN103866269A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 中国科学院微电子研究所 原子层沉积制备Te-N共掺的氧化锌薄膜的方法
CN103074679A (zh) * 2013-02-04 2013-05-01 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 一种单晶石墨烯的化学气相沉积制备方法
CN103952682A (zh) * 2014-04-22 2014-07-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 化学气相沉积生长单层二硫化钼的方法
CN104195523A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 嘉兴科民电子设备技术有限公司 一种等离子体增强原子层沉积铝掺杂氧化锌薄膜方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105970299A (zh) * 2016-05-05 2016-09-28 广西科学院 一种新型碳二维平面晶体及其制备方法
CN105951055A (zh) * 2016-06-17 2016-09-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种二维锡烯材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105714382B (zh) 大尺寸Cu(100)单晶铜箔的制备方法
CN102120574A (zh) 制备大范围二维纳米材料石墨烯的方法
CN103606514B (zh) 基于GaN衬底CVD外延生长石墨烯的化学腐蚀转移方法
CN105097478A (zh) 在栅极表面生长石墨烯的方法及在源漏极表面生长石墨烯的方法
CN105734530B (zh) 在石墨烯上基于磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法
CN104498902A (zh) 一种常压化学气相沉积石墨烯薄膜的制备方法
KR101886659B1 (ko) 무전사식 그래핀층의 형성 방법
US10017878B2 (en) Growth method of graphene
CN104867818B (zh) 一种减少碳化硅外延材料缺陷的方法
KR20150129485A (ko) 도핑 된 금속 칼코게나이드 박막의 제조 방법 및 그 박막
CN107012443B (zh) 一种绝缘衬底图形化直接生长石墨烯的工艺方法
US10246795B2 (en) Transfer-free method for forming graphene layer
CN109437124B (zh) 一种合成单层过渡金属硫族化合物的方法
CN105112999A (zh) 一种制备单晶石墨烯的方法
CN103352202A (zh) 一种常压化学气相沉积大面积高质量双层石墨烯薄膜的可控制备方法
JP6705962B2 (ja) Ga2O3系結晶膜の成長方法及び結晶積層構造体
CN104818526A (zh) 一种气相生长二维材料的方法
CN106756871A (zh) 一种过渡金属硫族化合物二维材料—石墨烯异质结构及其原位生长方法
CN106435723A (zh) 外延生长碳化硅‑石墨烯薄膜的制备方法
CN107161988B (zh) 在蓝宝石衬底上制备纳米晶石墨烯的方法
Yang et al. Copper-vapor-catalyzed chemical vapor deposition of graphene on dielectric substrates
JPH0977594A (ja) 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法
JP2011201755A (ja) 単結晶炭化珪素の製造方法
Panwar et al. Synthesis of multilayer graphene by filtered cathodic vacuum arc technique
CN1594648A (zh) 磁控溅射方法制备碳化硅薄膜工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20160215

Address after: 100029 Beijing City, Chaoyang District Kegon Building No. 27, 4 No. 511

Applicant after: Xia Yang

Applicant after: Jiaxing Kemin Electronic Equipment Technology Co., Ltd.

Applicant after: Jiaxing Microelectronics Instrument and Equipment Engineering Center of Chinese Academy of Sciences

Address before: 100029 Beijing City, Chaoyang District Kegon Building No. 27, 4 No. 511

Applicant before: Xia Yang

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150805