碳化硅表面的石墨烯外延生长研究

碳化硅表面外延生长的石墨烯因其高质量和大面积生长能力，在未来纳米集成电路中应用前景光明。尤其是高真空高频加热炉生长法生长出来的样品，在缺陷浓度、迁移率等重要参数上有相当的优势。但是目前还处在对生长方法的初步摸索阶段，对生长机理的研究结果也很少，因此在生长方法的探索上还有广阔的空间，国内的相关研究也不多。项目拟搭建高真空高频加热炉设备，生长碳化硅上的外延石墨烯，实验研究生长的机理，优化生长条件，发展生长大面积、均匀、高迁移率的、层数可控的石墨烯的方法。

项目着重探索了碳化硅表面高质量石墨烯的生长。通过改进、发展限域升华法，在碳化硅表面实现了大晶畴石墨烯的生长，并且发现了一种新的生长模式，“向上”生长模式。这种生长可以避免碳化硅台阶重叠导致的生长停止，因此是一种可持续的生长模式，为石墨烯的大面积、均匀生长提供了一条可行途径。对石墨烯形貌的研究证明了化学配比和碳迁移率在生长过程中的重要作用。提出并实验演示在生长过程中加入微量氢气，通过碳氢化合物形成与分解的动态平衡提高碳迁移率，缓和化学配比的限制。并利用氢气对缺陷的选择性刻蚀，减少缺陷浓度，提高石墨烯质量。用这种方法成功将石墨烯畴区尺寸增大到几十微米，并且单层区域达80%以上。我们探索了对石墨烯中缺陷进行修复的方法，还发明了近程催化法在绝缘衬底上用CVD的方式生长石墨烯。