本发明专利技术涉及一种制备具有相同或近似晶格取向单晶石墨烯的制备装置及方法。首先在单晶硅表面通过低温生长的方法(样品温度为-196℃至-250℃)备金属(铜，铝，等)单晶或者赝晶薄膜(厚度为1nm-500μm)。然后通过化学气相沉积(CVD)方式将石墨烯生长到金属薄膜表面。CVD过程样品温度为600-1100摄氏度，真空度为10-10mbar到2bar。然后将样品降温到室温。这样由于金属薄膜具有基底硅单晶的取向，同样石墨烯具有金属薄膜的晶体取向。所制备的石墨烯具有单晶性质。大小仅受到硅单晶的尺寸所限制。大小可达数十厘米。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种制备具有相同或近似晶格取向单晶石墨烯的制备装置及方法。首先在单晶硅表面通过低温生长的方法(样品温度为-196℃至-250℃)备金属(铜，铝，等)单晶或者赝晶薄膜(厚度为1nm-500μm)。然后通过化学气相沉积(CVD)方式将石墨烯生长到金属薄膜表面。CVD过程样品温度为600-1100摄氏度，真空度为10-10mbar到2bar。然后将样品降温到室温。这样由于金属薄膜具有基底硅单晶的取向，同样石墨烯具有金属薄膜的晶体取向。所制备的石墨烯具有单晶性质。大小仅受到硅单晶的尺寸所限制。大小可达数十厘米。【专利说明】—种制备具有相同或近似晶格取向石墨烯的制备装置及方法
本专利技术公开了。更具体地，涉及一种具有廉价、步骤简单、等特点的大尺寸、具有相同或近似晶格取向、高质量的石墨烯的制备装备及方法，属于电子薄膜材料领域。
技术介绍
自2004年由Novoselov和Gein第一次制备出单层石墨烯以来,诞生了许许多多种制备石墨烯的方法。化学气相沉积法(Nature 457(7230):706.)被认为是目前最有希望制备大面积、高品质的石墨烯薄膜的方法。不过由于金属薄膜一般为多晶，在其上生长的石墨烯也不具有任何取向性。不同取向的石墨烯畴在连接处会形成畴界，降低石墨烯薄膜的质量。利用金属单晶基底可以制备具有近似单一取向的石墨烯薄膜。不过金属单晶的价格非常闻，从而提闻了具有单一或近似取向单晶石墨稀薄I旲的制造成本。
技术实现思路
为了克服现有技术的困难，本专利技术提供了如下的技术方案:1.一种制备具有相同或近似晶格取向单晶石墨烯的制备装置及方法。其特征在于，该系统由(I)、基底加热装置(2)、基底冷却装置(3)、基底单晶硅(4)、真空泵系统(5)、气瓶组(6)、气路和控制阀(7)、真空腔(8)、金属源组成。真空泵系统(5)保持真空腔(7)的低气压。在低压环境下冷却装置(2)对清洁的基底材料单晶硅(3)进行冷却。利用金属源(8)在冷却的基底硅上蒸镀单晶、赝晶或具有近似晶格取向的金属薄膜。当金属薄膜厚度达到要求后停止金属蒸镀并利用加热装置(I)提升基底温度到化学气相沉积温度。通过气路和控制阀(7)来调节气瓶组(6)向真空腔内所供给的气体成分和气压以完成石墨烯的生长。最后降低基底(4)温度并从真空腔(8)中取出。2.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述的催化金属源(8)中所能蒸镀的金属为:铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、钼(Pt)、金(Au)、铬(Cr)、镁(Mg)、锰(Mn)、钥(Mo)、钌(Rh)、钽(Ta)、钛(Ti)、铑(Rh)和钨(W)中的一种或任意两种以上的组合。蒸镀形式可以为:热蒸发、磁控溅射、化学气相沉积中的一种或任意组合。3.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述的气态碳源为每个气体分子中含有I~8个碳原子的气体。4.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述的加热装置(I)可以为电阻加热、热电子轰击、电磁波加热、激光加热、中的一种或任意组合。5.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述气瓶组(5)中的气体可以为碳氢化合物、氢气(H2)、氧气(02)、氮气(N2)、IS气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne)中的一种或任意两种以上的组合。6.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述真空泵系统(5)可以为分子泵、离子泵、机械泵、扩散泵中一种或任意两种以上的组合。7.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述生长的金属薄膜为单晶、赝晶或具有近似晶格取向的金属薄膜。8.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述生长的石墨烯薄膜具有近似或相同晶格取向。9.说明8中所述的石墨烯所具有的近似晶格取向，其特征在于，不同畴之间的旋转角度差小于10°。10.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述真空腔(7)可以为任意材料和形状。可以安装有其他附件。只要满足保证金属薄膜生长过程中的真空环境。 11.说明I中所述的石墨烯的制备装置及方法，其特征在于，所述基底硅(3)的清洁过程包括任何可以使硅表面表现出晶格结构的过程。例如，在真空腔(7)内的高温退火，或者在真空腔(7)外的化学清洗。本专利技术的优点是，由于硅衬底为比较廉价的单晶。一般其价格远远小于同面积金属单晶。利用其单一的晶格取向性来引导其上的金属薄膜的取向。然后利用金属薄膜的单一的晶格取向性来引导其上通过化学气相沉积生长的石墨烯的趋向性。从而达到廉价的制备相同或近似晶格取向石墨烯的目的。【专利附图】【附图说明】附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是本专利技术所公开的制备具有相同或近似晶格取向石墨烯的制备装置以及工艺流程示意图。图2是冷却装置的放大图；图3是加热装置的放大图；【具体实施方式】下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术是一种制备具有相同或近似晶格取向石墨烯的制备装置，该装置主要由(I)、基底加热装置(2)、基底冷却装置(3)、基底单晶硅(4)、真空泵系统(5)、气瓶组(6)、气路和控制阀(7)、真空腔(8)、金属源组成。生产流程为:在真空腔(7)内放置单晶硅基底(3)。此基底可以在放置前利用化学方法清洗。利用真空泵系统(5)保持真空腔(7)的低气压。如果基底(3)尚未清洁，可以利用加热装置(I)对基底(3)进行高温加热，从而清洁其表面。在低压环境下冷却装置(2)对清洁的基底材料单晶硅(3)进行冷却。冷却温度为_196°C至_250°C。利用金属源(8)在冷却的基底硅上蒸镀单晶、赝晶或具有近似晶格取向的金属薄膜。当金属薄膜厚度达到要求后停止金属蒸镀。蒸镀的金属膜厚度为厚度为1ηπι-500μπι。利用加热装置(I)提升基底温度到化学气相沉积温度。此时基底温度为600°C-1100°C。通过气路和控制阀(7)来调节气瓶组6)向真空腔内所供给的气体成分和气压以完成石墨烯的生长。气压为IO-1Ombar到2bar。最后降低基底⑷温度并从真空腔⑶中取出。如图2所示，冷却装置包括:(I)金属盘、⑵金属冷却管组成。液态氮可以由金属管(2)的入口(3)流入然后经出口(4)流出。从而达到冷却金属盘的(I)的目的。如图3所示，加热装置包括:(I)金属盘、(2)电阻金属丝组成。电流经过金属丝(2)产生热量辐射金属盘(I)从而加热金属盘(I)。也可以在金属丝(2)和金属盘(I)之间加入高压。利用金属丝(2)所发射的热电子轰击金属盘(I)来加热。最后需要说明的是，以上所述仅为本专利技术的一个优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之 内。【权利要求】1.一种制备具有相同或近似晶格取向单晶石墨烯的制备装置及方法。其特征在于，该系统由(I)、基底加热装置(2)、基底冷却装置(3)、基底单晶硅(4)、真空泵系统(5)、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备具有相同或近似晶格取向单晶石墨烯的制备装置及方法。其特征在于，该系统由(1)、基底加热装置(2)、基底冷却装置(3)、基底单晶硅(4)、真空泵系统(5)、气瓶组(6)、气路和控制阀(7)、真空腔(8)、金属源组成。真空泵系统(5)保持真空腔(7)的低气压。在低压环境下冷却装置(2)对清洁的基底材料单晶硅(3)进行冷却。利用金属源(8)在冷却的基底硅上蒸镀单晶、赝晶或具有近似晶格取向的金属薄膜。当金属薄膜厚度达到要求后停止金属蒸镀并利用加热装置(1)提升基底温度到化学气相沉积温度。通过气路和控制阀(7)来调节气瓶组(6)向真空腔内所供给的气体成分和气压以完成石墨烯的生长。最后降低基底(4)温度并从真空腔(8)中取出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董国材，
申请(专利权)人：董国材，
类型：发明
国别省市：
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