一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，其特征在于，所述装置包括超高真空反应腔、控制器、衬底加热器、衬底托板架和分子束源炉，所述控制器通过操纵杆透过超高真空反应腔上部连接衬底加热器，所述衬底加热器位于超高真空反应腔中部；所述衬底托板架与衬底加热器相对设置；所述分子束源炉通过分子束源炉接口连接到超高真空反应腔的下部，其中分子束源炉接口与所述衬底托板架倾斜相对；所述分子束源炉包括氧化钼分子束源炉和硫分子束源炉。采用本装置可实现分子束外延技术可控生长二硫化钼薄膜，且生长的二硫化钼薄膜结构规则，表面平整。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到二硫化钼薄膜制备的
，特别涉及到一用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置。
技术介绍
自从单原子层石墨烯被发现以来，其具有的优异的电学性能、机械性能、光学性能、热学性能成为了国际研究的热点，在微机电子、储能器件、传感器、显示面板和太阳能电池等诸多领域都具有广泛的应用前景，但由于石墨烯是零带隙材料，因此极大地限制了它在半导体器件上的应用，特别是在数字电路上的应用。近年来，有人发现二维过渡金属硫族化合物，其单层结构具有类石墨烯结构，同时其内部天然就有较大的带隙，体现出多项优异的光电性能和特殊物理现象，因此成为国际新一代二维半导体光电器件材料的研究重点。层状二硫化钼(MoS2)是二维过渡金属硫族化合物的典型材料之一，具有独特的性质：1)其单层结构具有类石墨烯结构，能够形成富勒烯结构纳米粒子和纳米管；2)单层二硫化钼(MoS2)具有类似于三明治的S-Mo-S的结构，属于六方晶系；3)随着薄膜厚度的降低，其带隙增大，当厚度减小到单层时，其由间接带隙半导体变成直接带隙半导体材料，其带隙约为1.9eV，其发光效率得到大大提高；4)具有良好的载流子输运性能，在微机电子、储能器件、传感器、显示面板和太阳能电池等诸多领域都具有广泛的潜在应用前景，如以单层二硫化钼(MoS2)制备的场效应晶体管，在稳定状态下耗能比传统硅晶体管小10万倍；5)具有显著的光致荧光现象，在激发光照射下，由于AB激子的跃迁，可在～670nm和～620nm处发射荧光。层状二硫化钼优异的光电性能和特殊物理性质以及在光电子器件领域的潜在应用引起了许多研究人员的注意，但是，一般的化学和物理方法很难制备出层状二硫化钼，因此重复的可控性制备层状二硫化钼是制约其发展的关键所在。传统的层状二硫化钼(MoS2)的制备方法主要包括有机械剥离法、液相剥离法、锂离子嵌入法和化学气相沉积法。但这些方法具有不可控性，且无法大批量制备而且重复性差。本公司专利201510134872.1提出了一种二硫化钼薄膜的制备方法，采用分子束外延法，实现层状二硫化钼薄膜的层数可控生长，且生长的二硫化钼薄膜结构规则排列，表面平整。但用常规分子束外延装置沉积生长层状二硫化钼薄膜，在生长过程中主要由衬底托板承载衬底快速旋转，由此放置在衬底托板上的衬底也会相对衬底托板发生旋转，因此会造成生长在衬底表面的二硫化钼薄膜表面产生划痕。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，实现分子束外延技术可控生长二硫化钼薄膜，且生长的二硫化钼薄膜结构规则，表面平整。为此，本技术采用以下技术方案：一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，所述装置包括超高真空反应腔、控制器、衬底加热器、衬底托板架和分子束源炉，所述控制器通过操纵杆透过超高真空反应腔上部连接衬底加热器，所述衬底加热器位于超高真空反应腔中部；所述衬底托板架与衬底加热器相对设置；所述分子束源炉通过分子束源炉接口连接到超高真空反应腔的下部，其中分子束源炉接口与所述衬底托板架倾斜相对；所述分子束源炉包括氧化钼分子束源炉和硫分子束源炉。优选的，所述装置还包括低能电子衍射仪(LEED)，所述超高真空反应腔下部还设有监测光学窗口，所述低能电子衍射仪(LEED)透过监测光学窗口朝向超高真空反应腔内。优选的，所述装置还包括旋转机构，所述旋转机构连接衬底托板架，带动衬底托板架在超高真空反应腔体内旋转。优选的，所述超高真空反应腔设有进样法兰和取样法兰。优选的，所述装置还包括真空泵组，所述真空泵组连接到超高真空反应腔的一端。优选的，所述分子束源炉为分子束外延成膜用蒸发器(K-cell)采用以上技术方案，通过分子束外延技术达到可控生长结构规则、表面平整的二硫化钼薄膜，同时利用旋转机构操控衬底托板架，完成生长后，直接旋转至监测光学窗口上方，使低能电子衍射仪正对于二硫化钼薄膜，对二硫化钼薄膜进行动态观测，避免对二硫化钼薄膜表面造成划痕。附图说明图1为本技术用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置外观结构示意图。图2为本技术用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置生长时内部透视结构示意图。图3为本技术用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置检测时内部透视结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本技术的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本技术，但是本技术能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本技术不受以下公开的具体实施的限制。一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，如图1、图2所示，所述装置包括超高真空反应腔1、控制器2、衬底加热器3、衬底托板架4和分子束源炉5，所述控制器2通过操纵杆6透过超高真空反应腔1上部连接衬底加热器3，所述衬底加热器3位于超高真空反应腔1中部；所述衬底托板架4与衬底加热器3相对设置；所述分子束源炉5通过分子束源炉接口11连接到超高真空反应腔1的下部，其中分子束源炉接口11与所述衬底托板架4倾斜相对；所述分子束源炉5包括氧化钼分子束源炉51和硫分子束源炉52。优选的，所述装置还包括低能电子衍射仪(LEED)7，所述超高真空反应腔1下部还设有监测光学窗口12，所述低能电子衍射仪(LEED)7透过监测光学窗口12朝向超高真空反应腔1内。优选的，如图3所示，所述装置还包括旋转机构8，所述旋转机构8连接衬底托板架4，带动衬底托板架4在超高真空反应腔体1内旋转，可旋转至监测光学窗口上方，使低能电子衍射仪(LEED)正对于二硫化钼薄膜，对二硫化钼薄膜进行动态观测。优选的，所述超高真空反应腔1设有进样法兰13和取样法兰14。优选的，所述装置还包括真空泵组9，所述真空泵组9连接到超高真空反应腔1的一端。优选的，所述分子束源炉5为分子束外延成膜用蒸发器(K-cell)。利用本技术制备二硫化钼薄膜的主要步骤包括如下，打开进样法兰，将超声清洗处理后的衬底固定于衬底托板架，关闭进样门，调节超高真空反应腔的真空度为10-6～10-7Pa，调节衬底温度为500℃～600℃，除气20min～30min；打开氧化钼分子束源炉51和硫分子束源炉52，以氧化钼粉末和硫粉末为反应源，分别通过分子束外延设备的束源炉蒸发形成氧化钼分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，其特征在于，所述装置包括超高真空反应腔、控制器、衬底加热器、衬底托板架和分子束源炉，所述控制器通过操纵杆透过超高真空反应腔上部连接衬底加热器，所述衬底加热器位于超高真空反应腔中部；所述衬底托板架与衬底加热器相对设置；所述分子束源炉通过分子束源炉接口连接到超高真空反应腔的下部，其中分子束源炉接口与所述衬底托板架倾斜相对；所述分子束源炉包括氧化钼分子束源炉和硫分子束源炉。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，其特征在于，所述装置包括超高真空反应腔、控制器、衬底加热器、衬底托板架和分子束源炉，所述控制器通过操纵杆透过超高真空反应腔上部连接衬底加热器，所述衬底加热器位于超高真空反应腔中部；所述衬底托板架与衬底加热器相对设置；所述分子束源炉通过分子束源炉接口连接到超高真空反应腔的下部，其中分子束源炉接口与所述衬底托板架倾斜相对；所述分子束源炉包括氧化钼分子束源炉和硫分子束源炉。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备二硫化钼薄膜的分子束外延生长装置，其特征在于，所述装置还包括低能电子衍射仪(LEED)，所述超高真空反应腔下部还设有监测光学窗口，所述低能电子衍射仪(LEED)透过监测光学窗口朝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振中，
申请(专利权)人：厦门烯成新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35