[发明专利]一种气相沉积石墨烯层生长制备装置及工艺

权利要求书

1.一种气相沉积石墨烯层生长制备装置，包括密封腔体(18)，其特征在于：所述密封腔体(18)的上靠近顶部的位置横向设置有高真空密封插板阀(17)，所述密封腔体(18)的底部固定安装有热场底座(1)，所述热场底座(1)的顶部固定连接有圆筒状的石墨硬毡保温层(19)，所述石墨硬毡保温层(19)的内壁上固定安装有第一石墨发热体(3)和第二石墨发热体(5)，所述第一石墨发热体(3)和第二石墨发热体(5)为下上设置，所述热场底座(1)的顶部开设有用于固定连接碳化硅陶瓷进气管(7)的通孔，所述碳化硅陶瓷进气管(7)与热场底座(1)连接部的上部位置的周围设置有炭炭密封环(6)，所述碳化硅陶瓷进气管(7)的底部固定连接有工艺气体喷嘴(10)，所述工艺气体喷嘴(10)的正上方对应碳原子气相沉积位置(11)，所述石墨硬毡保温层(19)外侧靠近底部的位置套设有第一感应线圈(2)，所述石墨硬毡保温层(19)靠近顶部的位置套设有第二感应线圈(4)，所述第一感应线圈(2)和第二感应线圈(4)均等距离分布在石墨硬毡保温层(19)的外侧，所述石墨硬毡保温层(19)侧壁上嵌设有若干个红外测温装置(9)，所述石墨硬毡保温层(19)沿圆周方向设置有若干个，所述石墨硬毡保温层(19)的上方设置有碳化硅陶瓷托盘(13)，所述碳化硅陶瓷托盘(13)上沿圆周方向等距离设置有若干个与石墨硬毡保温层(19)顶部相适配的卡槽(14)，所述卡槽(14)的中心为碳原子气相沉积位置(11)。

2.根据权利要求1所述的气相沉积石墨烯层生长制备装置，其特征在于：所述工艺气体喷嘴(10)的形状为倒喇叭型。

3.根据权利要求1或2所述的气相沉积石墨烯层生长制备装置，其特征在于：所述碳原子气相沉积位置(11)位于衬底片(12)上。

4.根据权利要求1所述的气相沉积石墨烯层生长制备装置，其特征在于：所述卡槽(14)的内侧设置有通孔(15)，所述通孔(15)在碳化硅陶瓷托盘(13)上沿圆周方向开设有若干个，所述通孔(15)内固定安装有石墨吊杆(16)。

5.根据权利要求1所述的气相沉积石墨烯层生长制备装置，其特征在于：所述衬底片(12)为碳化硅晶片、石墨晶片或蓝宝石晶片，优选为碳化硅晶片。

6.一种气相沉积石墨烯层生长制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将碳化硅陶瓷托盘(13)和衬底片(12)按照要求摆放好，封闭密封腔体(18)，抽真空，炉腔真空度至7×10^-3Pa时，停止抽真空动作，充入氩气保护气至5×10⁴Pa；

S2：启动第一感应线圈(2)和第二感应线圈(4)，感应各自所对应的第一石墨发热体(3)和第二石墨发热体(5)，第一石墨发热体(3)达到2000-2150℃，第二石墨发热体(5)达到1950-2100摄氏度，升温达到目标温度用时120min—180min；

S3：通过碳化硅陶瓷进气管(7)，充入高纯工艺气体，高纯工艺气体比例为甲烷5-10ml/min与氩气40-80/min的混合气，根据需要设定充入时间；

S5：工艺制备过程结束，停止充入工艺气体，将第一石墨发热体(3)和第二石墨发热体(5)的发热体温度降至1500摄氏度；

S6：在降温过程中，利用石墨吊杆(16)将碳化硅陶瓷托盘(13)拉高到高真空密封插板阀(17)上方；

S7：取出镀有涂层的衬底片(12)，再摆放好待涂层的衬底片(12)，将密封腔体18抽真空至7×10^-3Pa，充入氩气保护气至5×10⁴Pa后，打开高真空密封插板阀(17)，下降石墨吊杆(16)，将碳化硅陶瓷托盘(13)落回原初始工艺位置；

S8：在30min-60min内,将发热体温度提升至工艺温度，重新开始新一轮晶片外延制备过程；

S9：如此往复20-30个周期后，断电，打开密封腔体(18)，进行整体清理和校正。