一种用于氮化物薄膜集成的通用碳化硅二维平台

二维材料外延技术（如范德华外延和远程外延）因能解决传统异质外延中的晶格和热膨胀失配问题，并可重复利用昂贵衬底降低成本，受到广泛关注。然而，在碳化硅（SiC）上制备石墨烯的传统高温石墨化方法（通常高于1500°C）会导致SiC表面台阶聚束，形成不均匀的多层石墨烯条纹，不利于外延生长。此前的金属辅助石墨化（MAG）虽能降低温度，但金属易与SiC反应生成硅化物，影响石墨烯质量。本研究开发了一种晶圆级低温MAG技术：通过选择镍（Ni）作为催化剂，在500°C左右的低温下实现SiC分解，同时避免硅化物形成，在SiC衬底上快速合成出均匀的单晶石墨烯。研究发现，通过调整金属层厚度和退火温度可精确控制石墨烯层数（少层或多层）。表征结果显示，该石墨烯虽存在少量点缺陷（D峰略高），但保持了单晶有序性，且表面形貌完好。进一步，利用此石墨烯/SiC平台，通过远程外延（在少层石墨烯上）和范德华外延（在多层石墨烯上）成功生长出高质量的III族氮化物（AlN和GaN）薄膜。X射线衍射结果表明，AlN和GaN薄膜具有良好的结晶质量（如AlN（002）峰半高宽低至759角秒），通过二维材料辅助层转移技术可将其剥离为独立的单晶薄膜，且SiC衬底可重复使用。该研究为半导体异质集成提供了低成本、高质量的二维材料平台。