H2對HfO2襯底上等離子體增強化學(xué)氣相沉積石墨烯的影響

編號：FTJS10190

篇名：H2對HfO2襯底上等離子體增強化學(xué)氣相沉積石墨烯的影響

作者：楊玉帥 王偉 樊瑞祥 王凱 武海進 馬勤政

關(guān)鍵詞： HfO2薄膜 石墨烯 真空電子束蒸鍍 等離子體增強化學(xué)氣相沉積 H2 生長機理

機構(gòu)： 河北工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院

摘要： HfO2薄膜和石墨烯是用于制作石墨烯場效應(yīng)晶體管的主要材料,而采用PECVD(等離子體增強化學(xué)氣相沉積法)在HfO2襯底上原位生長石墨烯是極具潛力的一種石墨烯制備方法,這種方法有助于降低石墨烯轉(zhuǎn)移過程對石墨烯質(zhì)量的影響,從而提高石墨烯場效應(yīng)晶體管的性能。使用真空電子束蒸鍍方法在重摻雜單拋硅片襯底上分別于50、150、250℃下沉積了100 nm厚的HfO2薄膜樣品;隨后選用最優(yōu)質(zhì)量的HfO2薄膜作為生長石墨烯的襯底,采用PECVD方法在溫度為600℃、CH4流速為4 sccm的條件下,以不同的H2流速(0、5、10、15、20 sccm)原位生成石墨烯薄膜。結(jié)果顯示,150℃下蒸鍍的HfO2薄膜粗糙度最低,表面最平整,同時也擁有最佳的介電性能。當(dāng)H2流速為10 sccm時,可獲得少層石墨烯薄膜,此時的石墨烯薄膜缺陷最小,表面平整且連續(xù)性好。通過對HfO2襯底上石墨烯的生長機理進行分析發(fā)現(xiàn),HfO2襯底的低表面能導(dǎo)致含碳物種難以吸附到襯底上,石墨烯不易生長,但適當(dāng)?shù)腍2參與可以有效降低CH4裂解反應(yīng)的活化能,促進CH4的裂解,有利于生長出大面積的連續(xù)型石墨烯薄膜。