[實用新型]一種連續(xù)制備二維納米薄膜的化學(xué)氣相沉積設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220197015.8
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN202558935U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐明生
• 申請（專利權(quán)）人: 徐明生
• 主分類號: C23C16/54
• 分類號: C23C16/54;C23C16/44
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種二維納米薄膜制備的設(shè)備，特別涉及一種連續(xù)制備二維納米薄膜的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。

背景技術(shù)

石墨烯具有卓越的二維電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)性能以及化學(xué)穩(wěn)定性,石墨烯在超快光電子器件、潔凈能源、傳感器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。電子在石墨烯中傳輸速度是硅的150倍，IBM等著名公司已經(jīng)制備速度可達太赫茲的超快速光電子器件，美國加州大學(xué)利用石墨烯研制成光學(xué)調(diào)制解調(diào)器，有望將網(wǎng)速提高1萬倍；全球每年半導(dǎo)體晶硅的需求量在2500噸左右，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成電路如射頻電路，市場容量至少在5000億元以上。因為石墨烯只有2.3%的光吸收，這使石墨烯可用于制備光電子器件如顯示器件、太陽能電池、觸摸面板等的柔性透明電極，從而取代成本昂貴、資源稀少、不可自由折疊的由銦為主要成分的ITO透明導(dǎo)電膜。據(jù)報道，2011年全球ITO透明導(dǎo)電膜的需求量在8500萬-9500萬片，這樣，石墨烯替代ITO透明導(dǎo)電膜的發(fā)展空間巨大。由于石墨烯獨特的電子傳輸特性，作為傳感器，它具有單分子的敏感性；如果基于石墨烯的基因電子測序技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)，人類全基因譜圖測定的測序成本將由目前的約10萬美元/人而大大降低到約1000美元/人，從而有助于生物醫(yī)學(xué)的創(chuàng)新，有助于實現(xiàn)個性化的醫(yī)療保健。經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，石墨烯產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)在觸摸屏應(yīng)用上。因此，石墨烯良好的商業(yè)價值和廣闊的市場已經(jīng)展現(xiàn)曙光，石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化將是對材料、信息、能源工業(yè)的一次革命性變革！

除了石墨烯外，類石墨烯的新型二維納米薄膜也具有其獨特的光電子性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。類石墨烯的新型二維納米薄膜包括層狀的過鍍金屬硫化物(transition?metal?dichalcogenides)、硅烯(silicene)、鍺烯(germanene)、氮化硼(boron?nitride)等。

化學(xué)氣相沉積法(CVD)以及碳偏析(surface?segregation)法是目前大面積制備二維納米薄膜的技術(shù)方法，采用這兩種方法制備二維納米薄膜的設(shè)備基本上都是石英管式爐[Science?324,1312-1314(2009);Nature?Nanotechnology?5,574(2010);Nano?Lett.11,297-303(2011)]。但是石英管式爐僅具備在已有金屬催化層上合成二維納米薄膜的單一功能，不能實現(xiàn)對襯底材料的表面處理、在襯底上制備合成二維納米薄膜所需的催化層、二維納米薄膜合成的連續(xù)過程。并且，采用石英管式爐合成的二維納米薄膜存在許多結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致電子傳輸性能較差，石英管式爐已經(jīng)嚴重制約了二維納米薄膜如石墨烯薄膜的應(yīng)用。石英等高溫管式爐不適宜工業(yè)化大規(guī)模制備二維納米薄膜，對于連續(xù)制備二維納米薄膜的設(shè)備，為了更好地控制薄膜的均勻性、制備過程的可控性，主要腔室之間的過渡很重要。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種能夠大面積連續(xù)制備二維納米薄膜如石墨烯、過鍍金屬硫化物、硅烯、鍺烯或氮化硼等的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。該設(shè)備在薄膜制備腔室與化學(xué)氣相沉積腔室之間設(shè)有過渡的平衡腔室，平衡腔室對二維納米薄膜的整個制備過程具有穩(wěn)定作用；該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、安全性好等特點，采用該設(shè)備制備二維納米薄膜的工藝簡單、成本較低、制備出的薄膜具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和性能。

本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種連續(xù)制備二維納米薄膜的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括進料腔室、薄膜制備腔室、平衡腔室和化學(xué)氣相沉積腔室。

所述的進料腔室、薄膜制備腔室、平衡腔室和化學(xué)氣相沉積腔室的各腔室內(nèi)和腔室之間均設(shè)有樣品傳送裝置，樣品通過樣品傳送裝置可以從進料腔室連續(xù)傳輸?shù)奖∧ぶ苽淝皇遥瑥谋∧ぶ苽淝皇疫B續(xù)傳輸?shù)狡胶馇皇遥瑥钠胶馇皇疫B續(xù)傳輸?shù)交瘜W(xué)氣相沉積腔室，以便實現(xiàn)二維納米薄膜的連續(xù)制備；所述的樣品傳送裝置包括滾輪、皮帶輪和傳送帶等中的任意一種或二種以上的組合。

所述的進料腔室設(shè)有與大氣相通的閥門，進料腔室與薄膜制備腔室之間設(shè)有閥門，薄膜制備腔室與平衡腔室之間設(shè)有閥門，平衡腔室與化學(xué)氣相沉積腔室之間設(shè)有閥門，化學(xué)氣相沉積腔室設(shè)有與大氣相通的閥門。

通過樣品傳送裝置與閥門將進料腔室、薄膜制備腔室、平衡腔室和化學(xué)氣相沉積腔室連接成一個整體。

所述薄膜制備腔室設(shè)有物理氣相沉積系統(tǒng)，所述的物理氣相沉積系統(tǒng)包括離子束沉積系統(tǒng)、濺射沉積系統(tǒng)、電子束沉積系統(tǒng)、熱蒸鍍沉積系統(tǒng)、激光沉積系統(tǒng)、離子注入系統(tǒng)等中的任意一種或二種以上的組合。

所述的化學(xué)氣相沉積腔室設(shè)有加熱裝置和氣體連接口；