[实用新型]一种连续制备二维纳米薄膜的化学气相沉积设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种二维纳米薄膜制备的设备，特别涉及一种连续制备二维纳米薄膜的化学气相沉积设备。

背景技术

石墨烯具有卓越的二维电学、光学、热学、力学性能以及化学稳定性,石墨烯在超快光电子器件、洁净能源、传感器等方面具有广泛的应用前景。电子在石墨烯中传输速度是硅的150倍，IBM等著名公司已经制备速度可达太赫兹的超快速光电子器件，美国加州大学利用石墨烯研制成光学调制解调器，有望将网速提高1万倍；全球每年半导体晶硅的需求量在2500吨左右，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成电路如射频电路，市场容量至少在5000亿元以上。因为石墨烯只有2.3%的光吸收，这使石墨烯可用于制备光电子器件如显示器件、太阳能电池、触摸面板等的柔性透明电极，从而取代成本昂贵、资源稀少、不可自由折叠的由铟为主要成分的ITO透明导电膜。据报道，2011年全球ITO透明导电膜的需求量在8500万-9500万片，这样，石墨烯替代ITO透明导电膜的发展空间巨大。由于石墨烯独特的电子传输特性，作为传感器，它具有单分子的敏感性；如果基于石墨烯的基因电子测序技术能够实现，人类全基因谱图测定的测序成本将由目前的约10万美元/人而大大降低到约1000美元/人，从而有助于生物医学的创新，有助于实现个性化的医疗保健。经过近几年的快速发展，石墨烯产品已经出现在触摸屏应用上。因此，石墨烯良好的商业价值和广阔的市场已经展现曙光，石墨烯材料的产业化将是对材料、信息、能源工业的一次革命性变革！

除了石墨烯外，类石墨烯的新型二维纳米薄膜也具有其独特的光电子性能，具有广泛的应用前景。类石墨烯的新型二维纳米薄膜包括层状的过镀金属硫化物(transition metal dichalcogenides)、硅烯(silicene)、锗烯(germanene)、氮化硼(boron nitride)等。

化学气相沉积法(CVD)以及碳偏析(surface segregation)法是目前大面积制备二维纳米薄膜的技术方法，采用这两种方法制备二维纳米薄膜的设备基本上都是石英管式炉[Science 324,1312-1314(2009);Nature Nanotechnology 5,574(2010);Nano Lett.11,297-303(2011)]。但是石英管式炉仅具备在已有金属催化层上合成二维纳米薄膜的单一功能，不能实现对衬底材料的表面处理、在衬底上制备合成二维纳米薄膜所需的催化层、二维纳米薄膜合成的连续过程。并且，采用石英管式炉合成的二维纳米薄膜存在许多结构缺陷，导致电子传输性能较差，石英管式炉已经严重制约了二维纳米薄膜如石墨烯薄膜的应用。石英等高温管式炉不适宜工业化大规模制备二维纳米薄膜，对于连续制备二维纳米薄膜的设备，为了更好地控制薄膜的均匀性、制备过程的可控性，主要腔室之间的过渡很重要。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能够大面积连续制备二维纳米薄膜如石墨烯、过镀金属硫化物、硅烯、锗烯或氮化硼等的化学气相沉积设备。该设备在薄膜制备腔室与化学气相沉积腔室之间设有过渡的平衡腔室，平衡腔室对二维纳米薄膜的整个制备过程具有稳定作用；该设备具有结构简单、操作简单、安全性好等特点，采用该设备制备二维纳米薄膜的工艺简单、成本较低、制备出的薄膜具有优良的结构和性能。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种连续制备二维纳米薄膜的化学气相沉积设备，包括进料腔室、薄膜制备腔室、平衡腔室和化学气相沉积腔室。

所述的进料腔室、薄膜制备腔室、平衡腔室和化学气相沉积腔室的各腔室内和腔室之间均设有样品传送装置，样品通过样品传送装置可以从进料腔室连续传输到薄膜制备腔室，从薄膜制备腔室连续传输到平衡腔室，从平衡腔室连续传输到化学气相沉积腔室，以便实现二维纳米薄膜的连续制备；所述的样品传送装置包括滚轮、皮带轮和传送带等中的任意一种或二种以上的组合。

所述的进料腔室设有与大气相通的阀门，进料腔室与薄膜制备腔室之间设有阀门，薄膜制备腔室与平衡腔室之间设有阀门，平衡腔室与化学气相沉积腔室之间设有阀门，化学气相沉积腔室设有与大气相通的阀门。

通过样品传送装置与阀门将进料腔室、薄膜制备腔室、平衡腔室和化学气相沉积腔室连接成一个整体。

所述薄膜制备腔室设有物理气相沉积系统，所述的物理气相沉积系统包括离子束沉积系统、溅射沉积系统、电子束沉积系统、热蒸镀沉积系统、激光沉积系统、离子注入系统等中的任意一种或二种以上的组合。

所述的化学气相沉积腔室设有加热装置和气体连接口；