一种二维材料生长设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种二维材料生长设备，包括生长腔体、样品台、若干前驱体组件，生长腔体外侧设有加热装置，生长腔体连接有出气管，前驱体组件包括前驱体管腔、进气管，前驱体管腔外侧设有前驱体加热装置，前驱体管腔与生长腔体、进气管相连，前驱体管腔内放置有石英舟，各前驱体组件中石英舟装填的前驱体不同，样品台设置在生长腔体内并沿生长腔体内部轴向移动，样品台安装有加热器和生长衬底，加热器用于调节生长衬底和生长腔体之间的温度差。本实用新型专利技术具有防止各前驱体在到达衬底前发生反应，能够根据需求单独调整生长衬底的温度进而调控前驱体与生长衬底之间过冷度，前驱体到达衬底的距离可调节以保证前驱体有合适的气相反应时间等优点。反应时间等优点。反应时间等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种二维材料生长设备


[0001]本技术属于二维材料生长的
，尤其涉及一种二维材料生长设备。

技术介绍

[0002]石墨烯的发现为我们打开了二维材料的大门，其超高的载流子迁移率等电学性能被认为是未来半导体沟道材料的有力竞争者。但是，石墨烯本身的带隙宽度很小，难以实现有效关断。过渡金属硫化物的出现解决了这一问题。过渡金属硫化物是过渡金属(如钼、钨、铁、镍等)和硫族元素(如硫、硒、碲等)形成的层状结构，有丰富的带隙宽度和合适的电学性质，在半导体沟道、光电探测、柔性穿戴等多个领域表现出应用价值。由于二维材料天然的层状结构，表面没有悬挂键的影响，可以实现异质堆叠的范德华力接触，从而得到陡峭的过渡边界，避免了传统材料异质结构的边界扩散、化学键合等问题，极大的丰富了二维材料的应用前景。
[0003]目前常用于生长异质结的设备中，分子束外延虽然可以实现各前驱体的灵活控制，但是生长环境要求严格，晶体尺寸也有限制。溅射方法可以得到大面积薄膜材料，但是晶体尺寸很小，层数不可控，难以得到单晶层面的生长。管式炉应用最广，结构简单，可以方便的得到较大尺寸的单晶二维材料或薄膜。
[0004]中国专利公开号CN108707875A，专利名称为一种管式CVD炉用接头、二维材料及其生长装置和方法，其具体公开了主体上设有若干蒸发源加热腔，主体与管式CVD炉相连，管式CVD炉包括两端开口石英管、CVD加热腔和保温外壳，两端开口石英管用于放置制备二维材料的衬底。该专利方案存在以下缺陷：衬底温度无法单独控制，使得衬底和石英管之间温度差不易调节，如果未达到生长参数就将衬底放置在生长腔体的生长位置容易在二维材料表面形成三维杂质；管式炉应用于异质结生长时，面临前驱体相互影响和加热时机难以控制的问题，如不同前驱体进入石英管前已经混合发生反应导致后续二维材料生长产生杂质；生长二硫化钼二维材料时如果硫前驱体过早加入会在二维材料表面产生S杂质；衬底与前驱体分别放置于不同加热腔时，二者之间的距离无法调整。

技术实现思路

[0005]本技术的目的就是解决
技术介绍
中的问题，提出一种二维材料异质结生长设备，能够防止各前驱体在到达衬底前发生反应，能够根据需求单独调整生长衬底的温度进而调控前驱体与生长衬底之间的过冷度，前驱体到达衬底的距离可调节以保证前驱体有合适的气相反应时间。
[0006]为实现上述目的，本技术提出了一种二维材料生长设备，包括生长腔体、样品台、若干前驱体组件，生长腔体外侧设有加热装置，生长腔体连接有出气管，前驱体组件包括前驱体管腔、进气管，前驱体管腔外侧设有前驱体加热装置，前驱体管腔与生长腔体、进气管相连，前驱体管腔内放置有石英舟，各前驱体组件中石英舟装填的前驱体不同，所述样品台设置在生长腔体内并沿生长腔体内部轴向移动，样品台安装有加热器和生长衬底，加
热器用于调节生长衬底和生长腔体之间的温度差。
[0007]作为优选，所述生长腔体的一端设有第一密封法兰，所述第一密封法兰中部配合安装有样品杆，样品杆沿第一密封法兰轴向移动，样品杆的一端伸入生长腔体内并与样品台相连，所述出气管的一端穿过第一密封法兰与生长腔体相连通。
[0008]作为优选，所述前驱体组件的数量为3，且分别为第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件，第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件并排设置，第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件中石英舟装填的前驱体分别为硫粉、氧化钼粉、氧化钨粉。
[0009]作为优选，所述第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件上的进气管分别与保护气体气源或含碳气体气源相连。
[0010]作为优选，所述保护气体气源提供的保护气体包括高纯氩气，所述含碳气体气源提供的含碳气体包括甲烷。
[0011]作为优选，各所述前驱体管腔远离生长腔体的一端均安装有第二密封法兰，所述进气管的一端穿过第二密封法兰与前驱体管腔相连通，进气管设有进气阀。
[0012]作为优选，所述进气管设有流量计。
[0013]作为优选，所述出气管设有气压计，出气管与真空机组相连。
[0014]作为优选，所述出气管设有三通阀，三通阀位于气压计和真空机组之间，三通阀与尾气处理装置相连。
[0015]作为优选，所述生长腔体设有低温区和高温区，高温区为相对加热装置的生长腔体内部区域。
[0016]本技术的有益效果：本技术通过将多个前驱体组件与生长腔体单独连接，各前驱体组件均设有前驱体加热装置，防止各前驱体进入生长腔体内前发生混合及反应进而减少二维材料生长过程中杂质的产生，各前驱体的加热情况、添加时间等均能独立控制，能够获得单一类型二维材料或二维异质结；在样品台安装加热器，能够根据二维材料生长需求单独调整生长衬底的温度进而调控前驱体与生长衬底之间的过冷度，保证生长衬底到达生长位置时达到所需的生长温度，减少二维材料生长过程中杂质的产生；通过样品台设置在生长腔体内并沿生长腔体内部轴向移动，使得前驱体到达衬底的距离可调节以保证前驱体有合适的气相反应时间
[0017]本技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
[0018]图1是本技术实施例的结构示意图。
[0019]图2是本技术实施例的俯视图。
[0020]图中：1
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生长腔体、2
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样品台、3
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前驱体组件、4
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保温炉体、5
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出气管、11
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第一密封法兰、21
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样品杆、31
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前驱体管腔、32
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石英舟、33
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前驱体加热装置、34
‑
流量计、35
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进气阀、36
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第二密封法兰、41
‑
加热装置、51
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气压计、52
‑
真空机组、53
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三通阀、54
‑
尾气处理装置。
具体实施方式
[0021]参阅图1和图2，本实施例提供了一种二维材料生长设备，包括生长腔体1、样品台
2、若干并排设置的前驱体组件3，生长腔体1安装在保温炉体4内，生长腔体1底部和外侧设有加热装置41，生长腔体1的顶部连接有出气管5，前驱体组件3包括前驱体管腔31、进气管，伸入保温炉体4的前驱体管腔31部分外侧设有前驱体加热装置33，前驱体管腔31与生长腔体1、进气管相连，前驱体管腔31内放置有石英舟32，各前驱体组件3中石英舟32装填的前驱体不同，样品台2设置在生长腔体1内并沿生长腔体1内部轴向移动，样品台4安装有加热器和生长衬底，加热器用于调节生长衬底和生长腔体1之间的温度差，其中，生长腔体1和前驱体管腔31均由石英管形成，过冷度为生长衬底和生长腔体1之间的温度差，加热器、前驱体加热装置33、加热装置41均与控制器相连实现自动化控制，前驱体的加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维材料生长设备，包括生长腔体，生长腔体外侧设有加热装置，生长腔体连接有出气管，其特征在于：还包括样品台、若干前驱体组件，前驱体组件包括前驱体管腔、进气管，前驱体管腔外侧设有前驱体加热装置，前驱体管腔与生长腔体、进气管相连，前驱体管腔内放置有石英舟，各前驱体组件中石英舟装填的前驱体不同，所述样品台设置在生长腔体内并沿生长腔体内部轴向移动，样品台安装有加热器和生长衬底，加热器用于调节生长衬底和生长腔体之间的温度差。2.如权利要求1所述的二维材料生长设备，其特征在于：所述生长腔体的一端设有第一密封法兰，所述第一密封法兰中部配合安装有样品杆，样品杆沿第一密封法兰轴向移动，样品杆的一端伸入生长腔体内并与样品台相连，所述出气管的一端穿过第一密封法兰与生长腔体相连通。3.如权利要求1所述的二维材料生长设备，其特征在于：所述前驱体组件的数量为3，且分别为第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件，第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件并排设置，第一前驱体组件、第二前驱体组件、第三前驱体组件中石英舟装填的前驱体分别为硫粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳君，丛靖昆，皮孝东，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：