石墨烯薄膜的套管式沉积装置及制备方法制造方法及图纸

本申请提供一种套管式等离子体增强化学气相沉积装置，用于制备石墨烯薄膜，包括放卷仓、收卷仓、内套管、外套管、射频线圈。放卷仓内设置有放卷轮，收卷仓内设置有收卷轮，内套管密封连接放卷仓和收卷仓，外套管设置在内套管的外部，射频线圈螺旋设置在内套管和外套管之间。通过以上设计，可实现等离子体空间和高温环境空间的重叠的同时做到射频线圈的有效保护，在提高离子体的利用效率的同时延长射频线圈的使用寿命，并且设计简单，操作简便，可降低石墨烯薄膜的生产成本。石墨烯薄膜的生产成本。石墨烯薄膜的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯薄膜的套管式沉积装置及制备方法


[0001]本申请涉及石墨烯薄膜的制备装置及制备方法，具体而言，涉及一种石墨烯薄膜的套管式等离子体增强化学气相沉积装置及制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种仅单原子厚度的单层石墨,具有六方蜂巢状晶格结构,由于其独特的微观结构,使其具有优异的物理、化学特性。石墨烯具有极好的热学稳定性、化学稳定性,片层间具有较低的剪切力,因此,石墨烯在耐腐蚀和抗摩减摩领域潜力巨大。由于石墨烯的优异性能和广阔的应用前景,使得人们对高质量、大面积、长程有序的石墨烯薄膜的制备产生了浓厚的兴趣。
[0003]等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备方法是采用射频等离子体辅助进行化学气相沉积制备石墨烯的方法，该方法利用等离子体对前驱体分子进行有效裂解，降低了化学反应的势垒，使整个反应体系在较低温度条件下实现成膜反应，常见的等离子体源有三类：微波、射频和直流放电。根据等离子体源不同，分别叫做WPCVD、RF
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PECVD和DC
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PECVD。RF
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PECVD技术通过实现低温生长降低了制备石墨烯薄膜的成本，具有成膜质量好、生长面积大和透明度高等优点。在基底选择方面也大大增加了不耐高温基底上大面积制备高品质石墨烯的可能性，为石墨烯的工业化生产和科学实际的应用。具体为通入甲烷和氢气，在射频电场的作用下，氢气电离成离子体，起到提高等离子体活性和加速反应的作用，被射频电场加速了的电子的动能在10eV以上，能够破坏绝大部分甲烷分子的碳氢键，其中碳原子沉积在基底上，从而制备石墨烯薄膜。
[0004]在PECVD制备石墨烯薄膜体系中，由于等离子体的激发线圈与加热区分离，从而使得薄膜的制备效率不高。而采用射频线圈设置在加热区中的设计，需要设计支撑，并且容易造成射频线圈受热变形，可能会与金属衬底接触或者与加热炉的加热电阻丝接触，引发安全事故，因此迫切需要一种既能够实现等离子体的激发线圈设置在加热炉中，又能够隔离射频线圈与金属衬底和加热炉电阻丝的制备石墨烯薄膜的等离子体增强化学气相沉积装置。

技术实现思路

[0005]本申请的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种既能提高石墨烯薄膜制备效率又能避免安全事故的套管式等离子体增强化学气相沉积装置。
[0006]为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种用于制备石墨烯薄膜的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，包括放卷仓、收卷仓、内套管、外套管和射频线圈。所述放卷仓内设置有放卷轮，所述收卷仓内设置有收卷轮，所述内套管密封连接所述放卷仓和所述收卷仓，外套管设置在所述内套管的外部，所述射频线圈螺旋设置在所述内套管和所述外套管之间。
[0008]根据本申请的一实施方式，所述内套管和所述外套管均采用耐高温刚性材料制
成。
[0009]根据本申请的一实施方式，所述外套管的内直径为D，所述内套管的外直径为d，所述射频线圈的绕线的直径为t，其中D>d+2t。
[0010]根据本申请的一实施方式，所述外套管的内直径为9.5cm
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11cm，所述内套管的内直径为6.5cm
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8cm。
[0011]根据本申请的一实施方式，所述外套管的内壁上设置有固定所述射频线圈的绕线位置的凸起。
[0012]根据本申请的一实施方式，套管式等离子体增强化学气相沉积装置还包括加热炉，设置在所述放卷仓和所述收卷仓之间，所述加热炉容纳所述外套管和所述射频线圈，所述内套管贯穿所述加热炉。
[0013]根据本申请的一实施方式，所述射频线圈的长度小于所述加热炉的加热腔的长度，并且所述射频线圈的端部与所述加热腔的对应所述端部的内壁之间的距离为8
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12cm。
[0014]根据本申请的一实施方式，所述射频线圈的端部与所述加热腔的对应所述端部的内壁之间的距离为10cm。
[0015]根据本申请的一实施方式，所述内套管的两端设置有管堵，所述管堵的中部设置有用于供所述衬底通过的狭缝。
[0016]根据本申请的另一方面，提供一种石墨烯薄膜的制备方法，采用上述的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，具体步骤如下：
[0017]步骤1：将衬底设置在所述放卷仓内的所述放卷轮上；
[0018]步骤2；将所述衬底穿过所述内套管与所述收卷仓内的所述收卷轮连接；
[0019]步骤3：通入保护气体，开启加热并通入碳源气氛，待内套管内的温度升温达到制备温度时，开启射频线圈；
[0020]步骤4：制备石墨烯薄膜，在制备过程中所述收卷轮收卷所述衬底和沉积在所述衬底上的所述石墨烯薄膜。
[0021]由上述技术方案可知，本申请提出的石墨烯薄膜的套管式等离子体增强化学气相沉积装置及制备方法的优点和积极效果在于：
[0022]本申请提出的石墨烯薄膜的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，包括放卷仓、收卷仓、内套管、外套管和射频线圈。放卷仓内设置有放卷轮，用于安装衬底；收卷仓内设置有收卷轮，用于收卷附着有石墨烯薄膜的衬底，内套管密封连接放卷仓和收卷仓，保证石墨烯薄膜的制备环境，外套管设置在内套管的外部，射频线圈螺旋设置在内套管和外套管之间。本申请通过将射频线圈螺旋设置在内套管和外套管之间，在制备石墨烯薄膜的过程中射频线圈、内套管和外套管均设置在加热区域内部，能够实现等离子体空间和高温环境空间的重叠的同时对射频线圈的有效隔离保护，在提高离子体的利用效率的同时延长射频线圈的使用寿命，隔离射频线圈与衬底并且隔离射频线圈与加热设备，有效提高石墨烯薄膜的质量的同时还能够延长射频线圈的寿命并保障生产安全。
附图说明
[0023]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0024]图1是本申请的套管式等离子体增强化学气相沉积装置的结构示意图。
[0025]图2是图1中的A
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A处的剖面结构示意图。
[0026]其中，附图标记说明如下：
[0027]100
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套管式等离子体增强化学气相沉积装置；
[0028]101
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放卷仓；
[0029]102
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放卷轮；
[0030]103
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收卷仓；
[0031]104
‑
收卷轮；
[0032]105
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内套管；
[0033]106
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外套管；
[0034]107
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射频线圈；
[0035]108
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加热炉；
[0036]109
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衬底；
[0037]110
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进气管；
[0038]111
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抽气管；
[0039]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种套管式等离子体增强化学气相沉积装置，用于制备石墨烯薄膜，其特征在于：包括：放卷仓，所述放卷仓内设置有放卷轮；收卷仓，所述收卷仓内设置有收卷轮；内套管，所述内套管密封连接所述放卷仓和所述收卷仓；外套管，设置在所述内套管的外部；射频线圈，所述射频线圈螺旋设置在所述内套管和所述外套管之间。2.如权利要求1所述的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，其特征在于：所述内套管和所述外套管均采用耐高温刚性材料制成。3.如权利要求1所述的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，其特征在于：所述外套管的内直径为D，所述内套管的外直径为d，所述射频线圈的绕线的直径为t，其中D>d+2t。4.如权利要求1所述的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，其特征在于：所述外套管的内直径为9.5cm
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11cm，所述内套管的内直径为6.5cm
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8cm。5.如权利要求1所述的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，其特征在于：所述外套管的内壁上设置有固定所述射频线圈的绕线位置的凸起。6.如权利要求1所述的套管式等离子体增强化学气相沉积装置，其特征在于：还包括：加热炉，设置在所述放卷仓和所述收卷仓之间，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雄彪，曹风，彭海琳，李科，徐涛，沈伟，刘忠范，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：