[实用新型]一种具有均匀温度场的二维材料气相沉积装置

说明书

本实用新型属于气相沉积设备领域，具体涉及一种具有均匀温度场的二维材料气相沉积装置，包括反应管、以及包裹反应管并对反应管腔室进行控温的炉膛；炉膛控温的相应反应管腔室为温控区，所述的温控区分为气流上游的挥发区以及位于气流下游的沉积区，其中，对沉积区控温的对应炉膛内设置有螺距渐变的螺旋加热丝以及多个温度探头。本实用新型中，通过所述结构的加热丝B以及温度探头联合创新，能够利于改善温度的均匀性，改善二维材料的沉积效果。

技术领域

本实用新型属于二维材料气相沉积技术领域，具体涉及一种具有均匀温度场二维材料气相沉积装置。

背景技术

二维材料具有优异的电学和光学性质，广泛的应用于催化，纳米摩擦学，微电子学，锂电池，储氢，医疗和光电领域。但大尺寸，均匀，高定向的单层二维材料薄膜的可控生长是其实际应用中的一大阻碍。中科院物理所张广宇团队自主搭建了两英寸多源化学气相沉积设备，成功制备了2英寸MoS2晶圆。2020年，该团队进一步改进化学气相沉积设备，将设备尺寸扩展到四英寸并将源通路从3路增加至7路，同时蓝宝石衬底垂直放置，成功外延得到4英寸连续单层MoS2膜。南京大学王欣然团队采用类似设备，并改用C/A面蓝宝石作为基底制备了两英寸同取向单晶MoS2晶圆。最近，北京大学刘开辉团队利用a面蓝宝石表面及台阶与二维半导体的相互作用，通过CVD法成功实现了2英寸单晶WS2单层膜的制备，并展示该基底同样适用于单晶MoS2、WSe2和MoSe2的外延生长。但是所获得的单晶MoS2、WSe2和MoSe2尺寸均为百微米级。晶圆级TMD的普适性制备仍需要进一步努力。

现有技术中，很难克服变温区温度跨度范围广，温度波动起伏大，导致不同位置，即不同温度区域沉积的样品形貌和质量差异巨大的困难，从而严重影响薄膜的尺寸和质量。

实用新型内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型目的在于提供一种具有均匀温度场二维材料气相沉积装置，旨在实现基底所处温度场的均匀性，利于实现晶圆级范围内二维材料的生长行为一致，从而改善制得的晶圆级二维材料的性能。

一种具有均匀温度场的二维材料气相沉积装置，包括反应管、密封反应管两端的密封装置A和密封装置B、以及包裹反应管并对反应管腔室进行控温的炉膛；所述的密封装置A上带有向反应管供气的进气管；密封装置B设置有输出反应管中气体的排气管；炉膛控温的相应反应管腔室为温控区，所述的温控区分为位于密封装置A侧的挥发区以及位于密封装置B侧的沉积区，对挥发区控温的对应炉膛内设置有加热丝A和用于探测加热丝A温度的温度探头A，对沉积区控温的对应炉膛内设置有加热丝B和用于探测加热丝B温度的温度探头B，所述的温度探头B的数量大于或等于2个；所述的加热丝B为螺旋加热丝，且其螺距沿气流方向渐变增加。

本实用新型中，创新地在加热沉积区的炉膛内设置具有螺距渐变的螺旋加热丝，其中螺旋加热丝缠绕的密度逐步减小，进一步配合多温度探头B的联合，如此能够调控沉积区温度缓慢、稳步降低，避免温度扰动带来的干扰，利于温度实时监测。本实用新型能够有效改善沉积区温度的均匀性，利于制得晶圆级范围内二维材料的生长行为一致，利于改善制得的晶圆级二维材料的性能。

本实用新型中，所述的密封装置A和B可以是行业内公知的能够用于沉积反应管密封的装置，例如可以为法兰。

本实用新型中，所述的反应管为石英管或刚玉管。

所述的反应管优选为直管，进一步优选为圆柱型直管。

反应管的长度、内径和壁厚可根据使用需求进行调整。

例如，所述的反应管的外径例如为50mm～800mm；壁厚为外径的1～15％。

本实用新型中，所述的装置还包括炉膛，所述的炉膛包覆在部分反应管的外周。且炉膛内壁和反应管的外壁允许含有间隙。也即是，反应管穿过炉膛的加热腔内，其两端裸露在加热腔外。