一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料及其制备工艺 |
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| 申请号 | CN202311677961.1 | 申请日 | 2023-12-07 | 公开(公告)号 | CN117936363A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 浙江芯科半导体有限公司; | 发明人 | 王小周; 汪炜喆; 李京波; 雷剑鹏; 王创垒; 李梅溶; 韩理想; 柯茜; 王琨强; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 石墨 烯制备技术领域，公开了一种高迁移率 碳 化 硅 基 石墨烯 材料及其制备工艺，包括如下步骤，S1、将碳化硅衬底置于去离子 水 中超声冲洗15mi n，再进行 酸洗 15mi n，最后进行 碱 洗15mi n，取出后用去离子水冲洗，S2、将得到的预处理碳化硅衬底表面通过 抛光 机进行抛光，并将抛光后的碳化硅衬底通过通入氮气的气枪进行吹扫，去除碳化硅衬底表面的水分；本发明可以适应表面存在不规则凸起和凹陷的碳化硅衬底的抛光，抛光效果更好，效率更高，使移动驱动机构能够带动抛光带的移动来变换抛光带对 工件 表面抛光时的抛光面，减少抛光带同一处磨损较为严重，导致需要频繁更换抛光带的情况发生，提高工作效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料制备工艺，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料及其制备工艺技术领域背景技术[0002] 迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，迁移率越大，载流子运动越快，半导体材料的导电率也就越高，在进行制备高迁移率的碳化硅基石墨烯材料时，硅原子的升华速率过快，易导致碳原子在短时间内富集在成核点附近，但是碳原子重构的扩散速度相对较慢，若生长时间短则生长出的材料对衬底的覆盖率低，若生长时间长则在某些成核点生长出的石墨烯又太厚； [0003] 碳化硅基石墨烯材料在进行制备时，由于碳化硅基石衬底表面存在不滚则的凹陷部分，对于凹陷部分难以进行有效抛光，需要进行重复抛光后才能完成，导致抛光工作量增加，抛光成本升高，公开号为CN116810500A的中国发明专利公开了一种碳化硅晶片抛光工艺，其通过调节装置的触发器和旋转块以及相关组件，在活动杆顶部受到设定压力后，可对活动杆顶部及周围的抛光垫进行支撑扩大，增加抛光垫与加工工件的接触面积，对于一些拐弯性死角也可处理到，提高对抛光液的处理效果，减少重复抛光工作量，但在实际抛光过程中，由于活动杆的长期顶推抛光垫，抛光垫抛光时的凸起处部位磨损严重，所受到的挤压力也更大，而所抛光的表面是存在不规则的凸起和凹陷的，导致抛光垫的局部位置磨损严重，而局部位置在抛光时所起作用不大，抛光垫需要频繁更换。 发明内容[0004] 本发明提供一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料及其制备工艺，解决相关技术中抛光垫抛光时的凸起处部位磨损严重，所受到的挤压力也更大，而所抛光的表面是存在不规则的凸起和凹陷的，导致抛光垫的局部位置磨损严重，而局部位置在抛光时所起作用不大，抛光垫需要频繁更换的技术问题。 [0005] 本发明提供了一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料制备工艺，包括如下步骤： [0007] S2、将得到的预处理碳化硅衬底表面通过抛光机进行抛光，并将抛光后的碳化硅衬底通过通入氮气的气枪进行吹扫，去除碳化硅衬底表面的水分，得到二次清洗的碳化硅衬底； [0009] S4、以氩气作为载气，在1600‑1800℃、5mbar的压力环境下生长20min后，将温度降低至1400‑1600℃，保持2h，制得高迁移率碳化硅基石墨烯材料。 [0010] 本发明的至少一个实施例中公开了，抛光机包括机座，机座上安装有固定件，其用于固定碳化硅衬底，固定件连接有驱动其自转的固定件驱动机构； [0011] 抛光座，抛光座靠近固定件的一侧铺设有抛光带，抛光带能够沿抛光座的下表面移动，抛光带连接驱动其移动的移动驱动机构； [0012] 抛光座连接驱动其自转的第一驱动机构； [0013] 抛光座连接驱动其沿竖直面移动的第二驱动机构； [0014] 变形机构，其用于调整抛光带位于抛光座靠近固定件一侧的抛光面的形状。 [0015] 本发明的至少一个实施例中公开了，移动驱动机构包括多个张紧辊和传动辊，多个张紧辊和从传动辊的转轴分别与抛光座转动连接，传动辊的转轴连接有驱动其绕自身轴线转动的传动驱动件，抛光带分别绕过多个张紧辊和传动辊外部。 [0016] 本发明的至少一个实施例中公开了，移动驱动机构包括转动安装于抛光座上的收卷轮，抛光带一端与收卷轮固定连接，抛光带的另一端固定连接有放卷轮，放卷轮的转轴与抛光座转动连接，抛光带卷绕于收卷轮和放卷轮上，收卷轮连接有驱动其绕自身轴线转动的A收卷驱动件，放卷轮连接有驱动其绕自身轴线转动的B放卷驱动件。 [0017] 本发明的至少一个实施例中公开了，第一驱动机构包括支撑座，支撑座底端与抛光座固定连接，支撑外部固定连接有安装座，安装座侧面与机座滑动连接，抛光座顶端连接有驱动其自转的旋转驱动件。 [0019] 本发明的至少一个实施例中公开了，变形机构为多个伸缩件，伸缩件包括固定块和挤压块，固定块远离挤压块的一侧与抛光座固定连接，挤压块用于推挤抛光带，挤压块能够移动靠近或远离固定块，挤压块连接有驱动其移动的伸缩驱动机构。 [0020] 本发明的至少一个实施例中公开了，伸缩驱动机构为弹性件，弹性件的一端与固定块固定连接，弹性件的另一端与挤压块固定连接。 [0021] 本发明的至少一个实施例中公开了，挤压块靠近抛光带的一侧固定安装有缓冲垫，缓冲垫具有弹性。 [0022] 一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料，高迁移率碳化硅基石墨烯材料采用如上述所述的制备工艺获得。 [0023] 本发明的有益效果在于：通过设置的变形机构，使得抛光带贴紧于碳化硅衬底表面的凸起处，可以适应表面存在不规则凸起和凹陷的碳化硅衬底的抛光，抛光效果更好，效率更高； [0024] 通过设置抛光带和移动驱动机构，使移动驱动机构能够带动抛光带的移动来变换抛光带对工件表面抛光时的抛光面，减少抛光带同一处磨损较为严重，导致需要频繁更换抛光带的情况发生，提高工作效率。附图说明 [0025] 图1是本发明的实施例提供的工艺流程图； [0026] 图2是本发明的实施例提供的抛光机立体结构示意图； [0027] 图3是本发明的实施例提供的抛光机剖视结构示意图； [0028] 图4是本发明的实施例提供的抛光机正视结构示意图； [0029] 图5是本发明的实施例提供的图3中的A处放大示意图； [0030] 图6是本发明的实施例提供的图5中的B处放大示意图。 [0031] 图中：1、机座；2、固定件；3、抛光座；4、抛光带；5、移动驱动机构；51、收卷轮；52、放卷轮；53、A收卷驱动件；54、B收卷驱动件；6、第一驱动机构；61、支撑座；62、安装座；63、旋转驱动件；7、第二驱动机构；71、螺杆；72、第二驱动件；8、变形机构；81、固定块、82、挤压块；83、弹性件。 具体实施方式[0032] 现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。 [0033] 如图1所示，一种高迁移率碳化硅基石墨烯材料制备工艺，包括如下步骤： [0034] S1、将碳化硅衬底置于去离子水中超声冲洗15min，再进行酸洗15min，最后进行碱洗15min，取出后用去离子水冲洗，通常使用高质量的碳化硅衬底作为基础材料，这些衬底通常具有较低的缺陷密度和较小的晶格失配，有利于石墨烯的生长和提高载流子迁移率，同时通常使用更复杂和精细的石墨烯生长技术，如化学气相沉积(CVD)和有源石墨烯生长方法，用以控制石墨烯生长的温度、气氛和衬底表面处理等参数，以获得高质量的石墨烯； [0035] S2、将得到的预处理碳化硅衬底表面通过抛光机进行抛光，并将抛光后的碳化硅衬底通过通入氮气的气枪进行吹扫，去除碳化硅衬底表面的水分，得到二次清洗的碳化硅衬底； [0037] S3、将二次清洗后的碳化硅衬底，在1400‑1600℃、H2流量40L/min、100mbar下，对预处理后的碳化硅衬底刻蚀30sec； [0039] S4、以氩气作为载气，在1600‑1800℃、5mbar的压力环境下生长20min后，将温度降低至1400‑1600℃，保持2h，制得高迁移率碳化硅基石墨烯材料； [0040] 在本发明的一个实施例中，碱洗为将碳化硅衬底浸入氨水、双氧水和去离子水的混合碱溶液中浸泡15min，取出后用离子水冲洗； [0041] 氨水、双氧水和去离子水的混合比例为1∶2∶5； [0043] 盐酸、双氧水和去离子水的混合比例为1∶2∶8； [0044] 如图2所示，在本发明的一个实施例中，抛光机包括机座1，机座1上安装有固定件2，其用于固定碳化硅衬底； [0045] 抛光座3，抛光座3靠近固定件2的一侧铺设有抛光带4，抛光带4能够沿抛光座3的下表面移动，抛光带4连接驱动其移动的移动驱动机构5； [0046] 抛光座3连接驱动其自转的第一驱动机构6； [0047] 抛光座3连接驱动其沿竖直面移动的第二驱动机构7； [0048] 变形机构，其用于调整抛光带4位于抛光座3靠近固定件2一侧的抛光面的形状。 [0049] 在本发明的一个实施例中，固定件2为吸盘； [0051] 在本发明的一个实施例中，固定件2连接有驱动其自转的固定件2驱动机构； [0053] 在本发明的一个实施例中，固定件2为夹具； [0054] 在本发明的一个实施例中，吸盘连接负压机，通过将碳化硅衬底贴至吸盘的吸附面上，并对碳化硅衬底进行按压，并开启负压机使吸盘内部产生负压，对碳化硅衬底进行吸附固定； [0055] 在本发明的一个实施例中，移动驱动机构5包括多个张紧辊和传动辊，多个张紧辊和从传动辊的转轴分别与抛光座3转动连接，传动辊的转轴连接有驱动其绕自身轴线转动的传动驱动件，抛光带4分别绕过多个张紧辊和传动辊外部； [0056] 传动驱动件通过带动传动辊转动，抛光带4绕过各张紧辊和传动辊，传动辊通过其与抛光带4之间的摩擦力带动抛光带4移动； [0057] 在本发明的一个实施例中，移动驱动机构5包括转动安装于抛光座3上的收卷轮51，抛光带4一端与收卷轮51固定连接，抛光带4的另一端固定连接有放卷轮52，放卷轮52的转轴与抛光座3转动连接，抛光带4卷绕于收卷轮51和放卷轮52上，收卷轮51连接有驱动其绕自身轴线转动的A收卷驱动件53，放卷轮52连接有驱动其绕自身轴线转动的B放卷驱动件 54； [0059] 在本发明的一个实施例中，B放卷驱动件54为电机或旋转气缸，B放卷驱动件54的输出轴端与放卷轮52的转轴固定连接，B放卷驱动件54固定安装于抛光座上； [0060] 在本发明的一个实施例中，第一驱动机构6包括支撑座61，支撑座61底端与抛光座3固定连接，支撑座61外部固定连接有安装座62，安装座62侧面与机座1滑动连接，抛光座3顶端连接有驱动其自转的旋转驱动件63； [0061] 在本发明的一个实施例中，旋转驱动件63为电机，电机的输出轴端与抛光座3固定连接，电机固定安装于支撑座61上； [0062] 在本发明的一个实施例中，第二驱动机构7包括与安装座62螺纹连接的螺杆71，螺杆71一端连接驱动其绕自身轴线转动的第二驱动件72，螺杆71外部与机座1转动连接； [0063] 在本发明的一个实施例中，第二驱动件72包括与螺杆71端部固定连接的变速箱，变速箱的输入端连接电机的输出轴； [0064] 在本发明的一个实施例中，第一驱动机构6包括安装座62，安装座62与机座1转动连接，安装座62连接驱动其自转的旋转驱动件63，抛光座3能够沿竖直面上下移动，抛光座3与安装座62滑动连接； [0065] 在本发明的一个实施例中，第二驱动机构7为伸缩驱动件，伸缩驱动件的输出端与抛光座3固定连接，伸缩驱动件固定安装于安装座62上； [0066] 在本发明的一个实施例中，伸缩驱动件为气缸或液压缸； [0067] 在本发明的一个实施例中，变形机构为多个伸缩件，伸缩件包括固定块81和挤压块82，固定块81远离挤压块82的一侧与抛光座3固定连接，挤压块82用于推挤抛光带4，挤压块82能够移动靠近或远离固定块81，挤压块82连接有驱动其移动的伸缩驱动机构； [0068] 在本发明的一个实施例中，伸缩驱动机构为弹性件83，弹性件83的一端与固定块81固定连接，弹性件83的另一端与挤压块82固定连接； [0069] 在本发明的一个实施例中，弹性件83为弹簧； [0070] 优选地，可以设置一个导向件来限制导向块的移动路径，使导向块的移动路径在弹簧的轴线上； [0071] 在本发明的一个实施例中，挤压块82靠近抛光带4的一侧固定安装有缓冲垫，缓冲垫具有弹性； [0072] 在本发明的一个实施例中，变形机构包括多个活塞，活塞外部滑动连接有滑套，活塞的一端伸出滑套的一端，滑套的另一端连通密封舱体，密封舱体内部填充有部分液压油，活塞能够沿滑套内壁移动，活塞与滑套之间滑动密封连接； [0073] 在本发明的一个实施例中，活塞靠近抛光带4的一端固定安装有缓冲垫，缓冲垫具有弹性； [0074] 在抛光带4对碳化硅衬底表面进行打磨时，活塞对抛光带4产生挤压力，使抛光带4贴紧碳化硅衬底表面，在抛光带4贴紧于碳化硅衬底表面的凸起处时，活塞压缩密封舱体内的空气，并推动另外的活塞推挤抛光带4贴紧于碳化硅衬底表面的凹陷处； [0076] 上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。 |
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