利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法技术

本发明专利技术提供一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，包括以下步骤：1）提供半导体衬底；2）在半导体衬底表面形成石墨烯；3）对石墨烯进行离子注入，以得到密度可控的缺陷石墨烯；4）在缺陷石墨烯表面形成金属层；5）对步骤4）得到的结构进行退火处理，形成金属-半导体合金层。通过在半导体衬底与金属层之间形成石墨烯插入层，可以有效地改善半导体衬底与金属-半导体合金层的界面的接触特性，外延得到的金属-半导体合金层质量更好、性能更加稳定；石墨烯插入层具有较高的电子迁移率，可以有效地降低外延生长的金属-半导体合金层电阻及半导体衬底与金属-半导体合金层的接触电阻，从而提高其电学性能。

Method for preparing metal semiconductor alloy by using controllable defect graphene intercalation layer

The present invention provides a method of inserting layer preparation of metal semiconductor alloy with controlled defects in the graphene, which comprises the following steps: 1) providing a semiconductor substrate; 2) the formation of graphene on the surface of the semiconductor substrate; 3) by ion implantation on graphene, graphene with defect density controllable; 4) forming a metal layer defects in the graphene surface; 5) to step 4) the structure of annealing, forming a metal semiconductor alloy layer. The graphene layer is formed on the semiconductor substrate is inserted between the metal layer and the contact characteristics, can effectively improve the semiconductor substrate and the metal semiconductor alloy layer interface, the epitaxial metal semiconductor alloy layer with better quality and more stable performance; graphene inserted layer has high mobility, can effectively reduce the contact resistance the epitaxial growth of metal semiconductor alloy layer resistance and the semiconductor substrate and the metal semiconductor alloy layer, so as to improve its electrical performance.

【技术实现步骤摘要】
利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法
本专利技术涉及材料制备领域，特别是涉及一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法。
技术介绍
在现有技术中，在半导体衬底表面直接生长金属薄膜层时，生长的金属薄膜层与半导体衬底的界面的接触特性比较差，且生长的金属薄膜层的质量不好，稳定性较差。如图1所示，图1为在Ge衬底表面直接形成Ni金属层后于400℃退火处理30s后得到的样品的TEM图，由图1可知，无论是NiGe薄膜层的表面还是NiGe薄膜层与所述Ge衬底的界面均凸凹不平，厚度不均匀。为了解决上述问题，现有的改进方法为现在半导体衬底表面形成一层插入层，而后再在插入层表面形成金属薄膜层，现有的插入层的材料一般为Al、Ti或Pd。然而，传统的插入层并不能衬底解决上述问题，且传统的插入层多为金属层，会对后续生长的金属薄膜层的性能造成一定的不良影响。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，用于解决现有技术中在半导体衬底表面生长金属薄膜层存在的金属薄膜层的质量不好，稳定性较差的问题。为实现上述目的的他相关目的，本专利技术提供一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，所述方法包括以下步骤：1)提供半导体衬底；2)在所述半导体衬底表面形成石墨烯；3)对所述石墨烯进行离子注入，以得到密度可控的缺陷石墨烯；4)在所述缺陷石墨烯表面形成金属层；5)对步骤4)得到的结构进行退火处理，形成金属-半导体合金层。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间，还包括对所述半导体衬底进行RCA清洗的步骤。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤2)中，在所述半导体衬底表面形成的石墨烯为一层或多层。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤2)中，采用化学气相沉积法或转移法在所述半导体衬底表面形成所述石墨烯。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤2)中，采用直接转移法或PMMA转移法在所述半导体衬底表面形成所述石墨烯。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤3)中，对所述石墨烯进行离子注入的注入元素H、B或P。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤3)中，对所述石墨烯进行离子注入的注入能量为1keV～600keV，注入剂量为1E14～1E17。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤4)中，采用电子束蒸发法、磁控溅射法或物理气相沉积法在所述缺陷石墨烯表面形成所述金属层。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，步骤4)中，所述金属层的材料为Ni、Co、Ti、Pt、NiPt、NiTi或TiPt，所述金属层的厚度为2nm～1000nm。作为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的一种优选方案，对步骤4)得到的结构进行退火处理的退火气氛为真空、N2、Ar或氮氢混合气，退火温度为200℃～1000℃，退火时间为15s～100s。如上所述，本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，具有以下有益效果：本专利技术通过在半导体衬底与金属层之间形成石墨烯插入层，石墨烯可以调节半导体衬底与金属层反应的速度，使得反应以比较缓慢的速度进行，使得半导体衬底与金属-半导体合金层的界面比较平整，有效地改善了半导体衬底与金属-半导体合金层的界面的接触特性，外延得到的金属-半导体合金层质量更好、性能更加稳定；相较于传统的插入层，石墨烯插入层具有较高的电子迁移率，可以有效地降低外延生长的金属-半导体合金层电阻，降低半导体衬底与金属-半导体合金层的接触电阻，从而提高其电学性能。附图说明图1显示为现有技术中的Ge衬底表面直接形成Ni金属层后于400℃退火处理30s后得到的样品的TEM图。图2显示为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法的流程图。图3至图7显示为本专利技术的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法中各步骤的结构示意图。图8显示为本专利技术的Ge衬底表面形成石墨烯插入层、Ni金属层后于500℃退火处理30s后得到的样品的TEM图，其中，所述石墨烯层离子注入的元素为B，注入剂量为2E15。元件标号说明1半导体衬底2石墨烯3缺陷石墨烯4金属层5金属-半导体合金层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图2至图8需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参阅图2，本专利技术还提供一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，所述利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法包括以下步骤：1)提供半导体衬底；2)在所述半导体衬底表面形成石墨烯；3)对所述石墨烯进行离子注入，以得到密度可控的缺陷石墨烯；4)在所述缺陷石墨烯表面形成金属层；5)对步骤4)得到的结构进行退火处理，形成金属-半导体合金层。在步骤1)中，请参阅图2中的S1步骤及图3，提供半导体衬底1。作为示例，所述半导体衬底1可以为现有任一种半导体衬底，譬如，所述半导体衬底1可以为但不仅限于Si衬底、Ge衬底、B衬底、Te衬底、SiGe衬底、GaAs衬底。作为示例，步骤1)之后还包括将所述半导体衬底1进行标准的RCA(RadioCorporationofAmerica)清洗的步骤，以去除所述半导体衬底1表面的污染物。对所述半导体衬底1进行标准的RCA清洗的具体步骤及方法为本领域人员所熟知，此处不再累述。在步骤2)中，请参阅图2中的S2步骤及图4，在所述半导体衬底1表面形成石墨烯2。作为示例，所述石墨烯2优选为本征石墨烯。作为示例，在所述半导体衬底1表面形成的所述石墨烯2的层数可以根据实际需要进行选定，即在所述半导体衬底1表面形成的所述石墨烯2的层数可以为一层，也可以为两层，还可以为多层。作为示例，可以采用化学气相沉积法在所述半导体衬底1表面形成所述石墨烯2，也可以采用转移法将预先生长好的所述石墨烯2转移至所述半导体衬底1的表面。具体的，采用化学气相沉积法在所述半导体衬底1表面形成所述石墨烯2的具体方法可以包括如下步骤：a)将所述半导体衬底1置于化学气相沉积反应炉中；b)在氢气和惰性气氛下，将所述半导体衬底1加热至一定的温度，所述温度可以为但不仅限于810℃～910℃；c)保持步骤b)中温度不变，在氢气和惰性气氛下向所述反应炉中通入碳源进行反应，以在所述半导体衬底1表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属‑半导体合金的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)提供半导体衬底；2)在所述半导体衬底表面形成石墨烯；3)对所述石墨烯进行离子注入，以得到密度可控的缺陷石墨烯；4)在所述缺陷石墨烯表面形成金属层；5)对步骤4)得到的结构进行退火处理，形成金属‑半导体合金层。

【技术特征摘要】
1.一种利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)提供半导体衬底；2)在所述半导体衬底表面形成石墨烯；3)对所述石墨烯进行离子注入，以得到密度可控的缺陷石墨烯；4)在所述缺陷石墨烯表面形成金属层；5)对步骤4)得到的结构进行退火处理，形成金属-半导体合金层。2.根据权利要求1所述的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，其特征在于：步骤1)与步骤2)之间，还包括对所述半导体衬底进行RCA清洗的步骤。3.根据权利要求1所述的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，其特征在于：步骤2)中，在所述半导体衬底表面形成的石墨烯为一层或多层。4.根据权利要求1所述的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，其特征在于：步骤2)中，采用化学气相沉积法或转移法在所述半导体衬底表面形成所述石墨烯。5.根据权利要求4所述的利用可控缺陷石墨烯插入层制备金属-半导体合金的方法，其特征在于：步骤2)中，采用直接转移法或PMMA转移法在所述半导体衬底表面形成所述石墨烯。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，孟骁然，俞文杰，狄增峰，张苗，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31