H2对HfO2衬底上等离子体增强化学气相沉积石墨烯的影响

编号：FTJS10190

篇名：H2对HfO2衬底上等离子体增强化学气相沉积石墨烯的影响

作者：杨玉帅 王伟 樊瑞祥 王凯 武海进 马勤政

关键词： HfO2薄膜 石墨烯 真空电子束蒸镀 等离子体增强化学气相沉积 H2 生长机理

机构： 河北工业大学电子信息工程学院

摘要： HfO2薄膜和石墨烯是用于制作石墨烯场效应晶体管的主要材料,而采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)在HfO2衬底上原位生长石墨烯是极具潜力的一种石墨烯制备方法,这种方法有助于降低石墨烯转移过程对石墨烯质量的影响,从而提高石墨烯场效应晶体管的性能。使用真空电子束蒸镀方法在重掺杂单抛硅片衬底上分别于50、150、250℃下沉积了100 nm厚的HfO2薄膜样品;随后选用最优质量的HfO2薄膜作为生长石墨烯的衬底,采用PECVD方法在温度为600℃、CH4流速为4 sccm的条件下,以不同的H2流速(0、5、10、15、20 sccm)原位生成石墨烯薄膜。结果显示,150℃下蒸镀的HfO2薄膜粗糙度最低,表面最平整,同时也拥有最佳的介电性能。当H2流速为10 sccm时,可获得少层石墨烯薄膜,此时的石墨烯薄膜缺陷最小,表面平整且连续性好。通过对HfO2衬底上石墨烯的生长机理进行分析发现,HfO2衬底的低表面能导致含碳物种难以吸附到衬底上,石墨烯不易生长,但适当的H2参与可以有效降低CH4裂解反应的活化能,促进CH4的裂解,有利于生长出大面积的连续型石墨烯薄膜。