[实用新型]一种用于二维材料制备的垂直式化学气相沉积装备

说明书

本实用新型公开了一种用于二维材料制备的垂直式化学气相沉积装备，旨在解决现有制备二维材料的高温反应炉存在许多缺陷或不足，包括：空气中的物质对源材料和衬底的污染、气态的源材料在反应炉中分布/传输不均匀、无法对衬底表面进行预处理与改性等，最终导致所制备的二维材料质量差的问题，包括有：垂直式腔体结构的反应室；至少一个设置于反应室上的加热装置；至少一个连通于反应室的气路系统；设置于反应室内的样品生长及传递件；布置于反应室顶部的真空系统。本实用新型尤其适用于高质量二维材料的均匀制备，具有较高的社会使用价值和应用前景。

技术领域

本实用新型涉及端装备和半导体微电子材料制备技术领域，具体涉及一种用于二维材料制备的垂直式化学气相沉积装备。

背景技术

二维材料应用的前提是二维材料规模化可控制备，目前除了石墨烯薄膜可以较大规模制备(但所制备的石墨烯薄膜质量有限)外，二维材料如TMDs等还没有实现较大面积的高质量可控制备。

当前，实验研究制备二维材料技术是采用化学气相沉积法(CVD)或传质法制备，使用的设备基本是基于单一腔体的水平式的反应炉或高温炉(如石英管式炉)。使用这种单一腔室的反应炉制备二维材料如TMDs和h-BN等时，都是先将制备二维材料所需的源材料(前驱体)和制备二维材料所需的衬底从大气中直接放入反应炉中，然后抽真空、加热等步骤而制备。此种反应炉具有结构简单、使用方便、成本较低的特点；同时，相对于其他材质的反应炉(如不锈钢管)，石英管式炉的石英管使用后易于清洁、循环使用。但是制备过程仍存在许多缺陷或不足，包括：空气中的物质对源材料(前驱体)和衬底的污染、气态的源材料在反应炉中分布/传输不均匀、无法对衬底表面进行原位预处理与改性等，从而导致在二维材料在衬底上成核难以控制、制备的二维材料均匀性差，最终导致所制备的二维材料质量差。

专利【ZL201220182955.X、ZL201210163121.9、ZL201210134598.4、ZL201220143736.0、ZL201210201571.2】均公开了采用多腔室结构连续化制备二维薄膜的装备技术，上述专利技术主要针对石墨烯薄膜的制备而设计，且没有涉及衬底旋转。但是，石墨烯薄膜的制备与其他二维材料如TMDs的制备不同，制备二维TMDs材料需要不同的化学组分的前驱体源材料，源材料的蒸汽压一般都比较低，这不利于在反应炉内传输气态的源材料(前驱体)到达衬底表面，故除了前面提到的问题，还需精确控制衬底与源材料的位置、源材料到达衬底的分布均匀性等。为此，我们提出了一种用于二维材料制备的垂直式化学气相沉积装备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。

本实用新型所述的气相制备是指制备二维材料的前驱体(源材料)以气态形式传输到衬底表面而反应生长二维材料，但前驱体本身也可以是固体粉末，通过加热形成气相前驱体，提供一种用于二维材料制备的垂直式化学气相沉积装备，包括有：

垂直式腔体结构的反应室，作为二维材料制备容器；

至少一个设置于反应室上的加热装置，用于对反应室的可控加热，依据二维材料制备所需可布置成单温区、双温区或多温区结构；

至少一个连通于反应室的气路系统，用于向反应室提供不同气压的一种或多种气体；

设置于反应室内的样品生长及传递件，用于二维材料的均匀气相沉积制备及样品传输取放；

布置于反应室顶部的真空系统，用于对反应室抽真空并维持反应室的真空环境。

可选地，所述反应室的外围设置有用于对反应室外壁进行水冷降温以减少温差影响的水冷系统。

可选地，所述样品生长及传递件包括有：

送样杆和样品托，用于样品在反应室内的传输取放；

布置于样品托上的衬底，以使二维材料在衬底表面的成核与生长；