[发明专利]一种管式CVD炉用接头、二维材料及其生长装置和方法

权利要求书

1.一种管式CVD炉用接头，其特征在于：包括主体，所述主体的一端用于进气，另一端与管式CVD炉连通；所述主体上设有若干蒸发源加热腔及观察窗；所述蒸发源加热腔的底端封闭，用于装载不同的蒸发源材料，另一端与主体连接，连接处设有挡板；所述蒸发源加热腔内设有温控装置；所述挡板与温控装置与管式CVD炉的控制系统电连接，用于独立控制进气、加热温度和时间；所述观察窗数量与蒸发源加热腔相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种管式CVD炉用接头，其特征在于：所述主体包括内嵌石英管的不锈钢管，所述蒸发源加热腔沿不锈钢管管体长度方向间隔设置，所述观察窗设置于主体对侧蒸发源加热腔的对应位置。

3.一种二维材料生长装置，其特征在于：包括依次连接的混合气箱、如权利要求1～2任一项所述的管式CVD炉用接头、管式CVD炉和出气通道。

4.根据权利要求3所述的一种二维材料生长装置，其特征在于：所述管式CVD炉包括由内而外设置的两端开口石英管、CVD加热腔和保温外壳，所述两端开口石英管用于放置制备二维材料的衬底。

5.根据权利要求3所述的一种二维材料生长装置，其特征在于：所述混合气箱与管式CVD炉用接头间设有气体流量控制器和压力表，所述出气通道设有阀门。

6.一种组分可调二维材料原位生长方法，其特征在于，采用如权利要求3～5任一项所述的装置，包括如下步骤：

(1)将洗净的衬底放置于恒温的管式CVD炉的两端开口石英管内部中央；将用于生长反应的不同蒸发源材料分别放入各蒸发源加热腔中，接着将整个装置密封，用机械泵将两端开口石英管内气压抽至低于10^-3torr，再通入惰性气体作为载气，排出两端开口石英管中残余空气；

(2)调节混合气箱出气口的载气及反应气体流量，设置管式CVD炉的温度以加热衬底，设置各蒸发源加热腔的温度至蒸发源材料的蒸发温度；

(3)待管式CVD炉以及各蒸发源加热腔的温度稳定后，独立控制各蒸发源加热腔挡 板以控制蒸发源的通断，使所需蒸发源材料经由载气携带至衬底表面参与生长反应，从而在衬底表面原位生长组分可调的二维材料；

(4)生长反应结束后迅速关闭蒸发源加热腔挡 板，再将各蒸发源加热腔以及管式CVD炉降至室温；最后，关闭机械泵阀门，持续通入惰性 气体，待两端开口石英管内气压与外界大气压平衡时，取出样品。

7.根据权利要求6所述的一种组分可调二维材料原位生长方法，其特征在于：所述步骤(2)中设置管式CVD炉的温度至400～1100℃以加热衬底。

8.根据权利要求6所述的一种组分可调二维材料原位生长方法，其特征在于：所述步骤(3)中生长反应时间为5～120min。

9.根据权利要求6所述的一种组分可调二维材料原位生长方法，其特征在于：所述步骤(1)中衬底包括Si/SiO₂、蓝宝石、云母、石英、金箔、铜箔、金属合金、GaN、AlN、Ga_xAl_1-xN。

10.根据权利要求6所述的一种组分可调二维材料原位生长方法，其特征在于：所述步骤(4)中蒸发源加热腔降温速率为5℃/min～25℃/min，管式CVD炉降温速率为5℃/min～25℃/min。

11.如权利要求3～5任一项所述装置制备的一种组分可调二维材料，其特征在于：所述二维材料的化学式满足MX形式，其中M为Re、W、Mo、Hf、Sn、Ta、Ga、B、V、Nb、Ti、Zr中的单质，或由它们组成的化合物中的一种或者多种；X为S、Se、Te中的单质，或由它们组成的化合物中的一种或者多种。

12.根据权利要求11所述的一种组分可调二维材料，其特征在于：所述二维材料具有固态或液态生长源，包括层状二维材料及其异质结和非层状二维薄膜材料，所述异质结包括单层或多层的垂直异质结和侧向异质结。