[发明专利]一种常压下制备二维TMDC原子晶体材料的装置及方法

说明书

本发明公开了一种常压下制备二维TMDC原子晶体材料的装置及方法，该装置包括：具有内嵌式双管结构的高温管式炉，高温管式炉上设有主输运管和次输运管，次输运管内嵌于主输运管内；主输运管内设有载物舟一，次输运管内设有载物舟二；次输运管出口处设有支撑架，支撑架上放有衬底；高温管式炉外壁上设有用于加热载物舟一内物质的加热器一和用于加热载物舟二内物质的加热器二；高温管式炉出口处设有废气处理装置。利用该装置可制备非连续TMDC单晶片或单层、多层连续TMDC薄膜，且重复性好，节省源材料。

技术领域

本发明属于二维TMDC原子晶体技术领域，具体涉及一种常压下制备二维 TMDC原子晶体材料的装置及方法。

背景技术

新型半导体材料的出现，推动着整个信息电子器件与系统的更新换代。以二硫化钼层状晶体为典型代表的过渡金属硫化物(TMDC)半导体，因为其较高的开关比，中等大小的载流子迁移率，带隙随厚度可调节，超高的比表面积，以及优异的机械性能的特征，在晶体管、光电探测器、传感器等领域具有广阔的应用前景。这些器件的开发和应用，依赖于高质量(层数可控、大面积均匀、晶圆尺度、低缺陷密度)的二维材料。常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、原子层沉积(ALD)、溅射沉积(Sputter)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)等方法在内的气相生长技术，是制备TMDCs原子层薄膜材料的主要方法。其中，常压化学气相沉积无需真空设备，成本低廉，因此，采用常压化学气相沉积技术制备二维半导体是现在最常用技术。

但在利用常压化学气相沉积制备二维TMDC材料的方法中，通常将氧化物或氯化物钼(钨)源置于硫(硒)源气流下方，虽然可以生长得到二维TMDC 材料原子层材料，但是由于钼(钨)源暴露在硫蒸气中，容易导致钼(钨)源未经蒸发，即在蒸发前就被硫化为高熔点、难以蒸发的TMDC粉末，进而极大减小反应物钼(钨)源蒸气的浓度或蒸气压，最终导致在衬底上生长的TMDC 多为不连续单晶片或即使得到连续薄膜，其重复性往往较差，并且源材料损耗严重。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种常压下制备二维TMDC原子晶体材料的装置及方法，可有效解决现有技术中制成的TMDC多为不连续单晶片或即使得到连续薄膜，其重复性往往较差，并且源材料损耗严重的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种常压下制备二维TMDC原子晶体材料的装置，包括：具有内嵌式双管结构的高温管式炉，高温管式炉上设有主输运管和次输运管，次输运管内嵌于主输运管内；主输运管内设有载物舟一，次输运管内设有载物舟二；次输运管出口处设有支撑架，支撑架上放有衬底；高温管式炉外壁上设有用于加热载物舟一内物质的加热器一和用于加热载物舟二内物质的加热器二；高温管式炉出口处设有废气处理装置。

进一步地，高温管式炉外壁上设有磁力装置，支撑架和磁力装置之间有磁作用力，使支撑架在高温管式炉内上游或下游移动即可以将支撑管放置于高温管式炉上游，通过磁力装置与支撑架的磁作用力使其在高温管式炉内移动，移动至次输运管出口处，也可以将支撑管放置于高温管式炉下游，通过磁力装置与支撑架的磁作用力使其在高温管式炉内移动，移动至次输运管出口处。

进一步地，加热器一设置有2个，分别与载物舟一上下对应；加热器二设置有2个，分别与载物舟二上下对应。

进一步地，磁力装置为磁力环。

进一步地，磁力装置设置有2个，分别与支撑架端部上下对应。

进一步地，衬底材质为蓝宝石、氮化镓、氮化硼、碳化硅或耐高温玻璃。