層積復(fù)合體的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N在實用條件下，將石墨烯在基板上均一且穩(wěn)定地層積以使其帶有高遷移率的層積復(fù)合體。一種層積復(fù)合體，是具有由α-氧化鋁單晶構(gòu)成的藍寶石基板和與該藍寶石基板相接形成的石墨烯層的層積復(fù)合體，該藍寶石基板的r面(01-12)與該石墨烯層相接。
【專利說明】層積復(fù)合體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及藍寶石基板上層積石墨烯層而形成的復(fù)合層積體。

【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是具有1個原子的厚度的、sp2雜化的碳原子的二維分子，其特征在于具有 苯環(huán)在平面上鋪滿的六角形晶格結(jié)構(gòu)。石墨烯除了單層石墨烯之外，有時像被稱作雙層石 墨烯或多層石墨烯那樣具有上述二維分子重疊2層以上的結(jié)構(gòu)。
[0003] 有報告稱石墨烯由于其特征結(jié)構(gòu)，電子?空穴都具有高遷移率（約250, 000cm2/ Vs)，該遷移率大于硅及砷化鎵。由于石墨烯是二維片狀的物質(zhì)，因此可適用于光刻、蝕刻等 半導(dǎo)體制作技術(shù)，形成各種各樣的結(jié)構(gòu)體及裝置。進一步地，石墨烯由于透明性優(yōu)異，機械 性上也柔軟，具有在晶體管、透明電極等多種裝置上應(yīng)用的可能性。
[0004] 以往，作為得到石墨稀的方法，進行過將H0PG(商取向性熱分解石墨）等的石墨用 粘膠帶機械地剝離，轉(zhuǎn)印至絕緣性的基板的方法（參照非專利文獻1)。然而，用該方法形成 的石墨烯的大小及厚度不可控制，例如在支撐基板的一定位置上，期望特性的石墨烯多少 次也生產(chǎn)不出來，因此工業(yè)的利用較為困難。
[0005] 為了將其改良，作為得到石墨烯的其他方法，嘗試過將在金屬等之上制作的石墨 烯用化學(xué)或機械地方法在絕緣體上剝離?轉(zhuǎn)印的方法（例如，參照非專利文獻2及3)、在 半導(dǎo)體或絕緣體上直接形成石墨烯的方法（例如，參照非專利文獻4、5和6以及專利文獻 1)。
[0006] 根據(jù)非專利文獻7,報告了通過c面藍寶石基板上的化學(xué)氣相沉積，形成室溫下遷 移率為較高的3000cm 2/Vs的層積體的情況。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本專利特開2010-153793號公報 [0010] 非專利文獻
[0011] 非專利文獻 1 :K. S. Novoselov, Science Vol. 306ηο· 5696ρρ· 666-669 (2004)
[0012] 非專利文獻 2 :Bae, Nature nanotechnology, Vol. 5ρρ· 574-478 (2010)
[0013] 非專利文獻 3 :H. Ago, ACS Nano, 4 (12) ,7407-7414 (2010).
[0014] 非專利文獻 4 :Yu-Ming Lin, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 32, NO. 10(2011)
[0015] 非專利文獻 5 :Y. Miyasaka, Japanese Journal of Applied Physics 50(2011)04DH12
[0016] 非專利文獻 6 :M. Okai, Tenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes,學(xué)會預(yù)備稿 B. 05
[0017] 非專利文獻 7 :M.Fanton,ACS Nano,2011，5(10)，pp8062-8069


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明要解決的課題
[0019] 然而，無論在非專利文獻2?6及專利文獻1的哪個方法中，高遷移率等的良好特 性、和層數(shù)、基板上的位置等的控制及利用的容易程度都無法兩全。此外，非專利文獻7中 記載的方法中，石墨烯的形成溫度非常高，因在藍寶石基板的表面上的熔解、蒸發(fā)或與原料 碳源的共同反應(yīng)，c面藍寶石的表面具有產(chǎn)生伴隨著蝕刻的粗糙化（例如，粗糙度2. 9nm)的 問題，不可謂實用。
[0020] 本發(fā)明的目的在于，提供一種在實用的條件下，將石墨烯在絕緣性且平滑的基板 上均一且穩(wěn)定地層積以使其帶有高載流子遷移率的層積復(fù)合體。
[0021] 解決課題的手段
[0022] 本研究者們?yōu)榻鉀Q上述問題而專心研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：通過使石墨烯在藍寶石基 板的r面（01-12)上氣相沉積，從而可以解決課題。即，本發(fā)明如下所述。
[0023] [1] -種層積復(fù)合體，是具有由α-氧化鋁單晶構(gòu)成的藍寶石基板和與該藍寶石 基板相接形成的石墨烯層的層積復(fù)合體，其特征在于，該藍寶石基板的r面（01-12)與該石 墨烯層相接。
[0024] [2]根據(jù)上述[1]所述的層積復(fù)合體的制造方法，其特征在于，該制造方法包括在 藍寶石基板上通過氣相沉積形成所述石墨烯層。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 本發(fā)明的層積復(fù)合體可在實用的條件下均一且穩(wěn)定地制造，還能實現(xiàn)良好的載流 子遷移率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] [圖1]是表示實施例1中使用的藍寶石基板的表面AFM形狀像的圖。
[0028] [圖2]是表示實施例1中制作的層積復(fù)合體的石墨烯一側(cè)的表面的光學(xué)顯微鏡反 射像的圖。
[0029] [圖3]是表示實施例1中制作的層積復(fù)合體的石墨烯一側(cè)的表面的AFM形狀像的 圖。
[0030] [圖4]是表示實施例1中制作的層積復(fù)合體的石墨烯一側(cè)的表面的電子束衍射像 的圖。
[0031] [圖5]是表示比較例1中制作的層積復(fù)合體的石墨烯一側(cè)的表面的光學(xué)顯微鏡反 射像的圖。
[0032] [圖6]是表示比較例2中制作的層積復(fù)合體的石墨烯一側(cè)的表面的AFM形狀像的 圖。

【具體實施方式】
[0033] 以下關(guān)于本發(fā)明的層積復(fù)合體進行說明。
[0034] 本發(fā)明的一種形態(tài)提供一種層積復(fù)合體，是具有由α -氧化鋁單晶構(gòu)成的藍寶石 基板和與該藍寶石基板相接形成的石墨烯層的層積復(fù)合體，該藍寶石基板的r面（01-12) 與該石墨烯層相接。本公開中，晶面指數(shù)表示中的（減號）意味著其后所示的數(shù)字上有 橫杠。
[0035] 本公開中，"石墨稀層"是指包含單層石墨稀及多層石墨稀。石墨稀層中的石墨稀 的層數(shù)，典型的為1?10層，優(yōu)選1?5層。石墨烯層中，石墨烯被控制為均一的層數(shù)。
[0036] 層數(shù)用拉曼光譜測定裝置（例如，Nano Photon公司制、Ramanll，激光波長 λ lasOT523nm，衍射光柵600條/mm2)由在1050?3300CHT1的范圍測定的拉曼光譜確定。由 2D帶（2690CHT 1附近的峰位置、強度及形狀）及G帶（1580cm-1附近的峰強度）算出層數(shù)。 例如，2D帶呈近似單一的洛倫茲（Lorentz)分布函數(shù)的形狀，此時的峰位置在2680CHT 1，半 峰寬約為45CHT1以下，2D帶的強度/G帶的強度的比若為1?3,則石墨烯層是層數(shù)為1層 的單層石墨烯。
[0037] 層數(shù)若是兩層，2D帶可作為4個左右的Lorentz峰分割，由相互距離lOcnT1的峰 的混合峰構(gòu)成。即，若將2D帶整體視作單一峰，則半峰寬變?yōu)榧s50CHT 1。2D帶的強度/G帶 的強度的比約為0. 7,比1層時變小。層數(shù)進一步大的石墨烯層，2D帶整體的半峰寬變得比 約50CHT1更大，峰位置變得比2700CHT 1更大。
[0038] 這里使用的2D峰的半峰寬雖會根據(jù)衍射光柵的種類及裝置光學(xué)體系構(gòu)成而變 化，但通過一并使用不依賴于這些的2D峰的位置及2D帶/G帶的強度比，可以確定層數(shù)。
[0039] 確定石墨烯的層數(shù)的詳細的方法例如記載于Physical Review Letters 97, 187401 (2006)、以及 D. Graf 等，Nano Letters. 7, 238 (2007)中。
[0040] 構(gòu)成石墨烯層的二維結(jié)晶的石墨烯的微晶尺寸，優(yōu)選15nm以上、200mm以下。由 此，可獲得良好的載流子遷移率。推測為石墨烯的微晶尺寸越大，載流子遷移率越變大，但 實用的微晶尺寸可為15nm以上、200mm以下。該微晶尺寸更優(yōu)選30nm以上、200mm以下，進 一步優(yōu)選50nm以上、200mm以下。
[0041] 微晶尺寸La由以下的方法算出。使用上述方法測定的拉曼光譜的D帶（1360CHT1 附近的峰強度）及G帶（lSSOcnT1附近的峰強度）的值，按照下式：
[0042] [數(shù) 1]
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種層積復(fù)合體，是具有由α-氧化鋁單晶構(gòu)成的藍寶石基板和與該藍寶石基板相 接形成的石墨烯層的層積復(fù)合體，其特征在于，所述藍寶石基板的r面（01-12)與所述石墨 烯層相接。
2. -種權(quán)利要求1所述的層積復(fù)合體的制造方法，其特征在于，該制造方法包括在所 述藍寶石基板上通過氣相沉積形成所述石墨烯層。
【文檔編號】H01L21/205GK104144875SQ201380011497
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月28日
【發(fā)明者】荒木徹, 田中悟 申請人:旭化成株式會社, 國立大學(xué)法人九州大學(xué)