[發(fā)明專(zhuān)利]一種直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410752136.8
• 申請(qǐng)日: 2014-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104538288A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡平安;張甲;陳曉爽;鄭威;馮偉;劉光波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/04
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/04;H01L21/67;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專(zhuān)利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，包括氣氛調(diào)節(jié)裝置、石英管、加熱裝置和真空調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述裝置還包括快速切換裝置，石英管的中段位于加熱裝置內(nèi)部，石英管的左右兩端設(shè)置有快速切換裝置，所述快速切換裝置包括切換桿、后端蓋、前端蓋、第一套筒、第二套筒、第一耐高溫O型圈、第二耐高溫O型圈和石英構(gòu)件，其中：后端蓋與前端蓋相連，前端蓋后端與后端蓋前端之間設(shè)置有第二套筒和第二耐高溫O型圈，第二套筒和第二耐高溫O型圈套在石英管左右兩端的外表面上；切換桿包括前驅(qū)物切換桿和基底切換桿，前驅(qū)物切換桿位于石英管左側(cè)，其個(gè)數(shù)至少為兩個(gè)，基底切換桿位于石英管右側(cè)，其個(gè)數(shù)至少為一個(gè)，切換桿的一端經(jīng)后端蓋與位于石英管內(nèi)部的石英構(gòu)件相連，切換桿與后端蓋之間設(shè)置有第一套筒和第一耐高溫O型圈；位于石英管左端的后端蓋上開(kāi)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口與氣氛調(diào)節(jié)裝置相連，位于石英管右端的后端蓋上開(kāi)有出氣口，出氣口與真空調(diào)節(jié)裝置相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述后端蓋與前端蓋通過(guò)均布在圓周上的螺釘相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述切換桿通過(guò)連接套筒和連接螺釘與石英構(gòu)件相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述加熱裝置可以實(shí)現(xiàn)室溫至1500℃范圍內(nèi)任意溫度的精確控制，控溫精度±0.1～0.5℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述加熱裝置的升溫速率和降溫速率可分別獨(dú)立設(shè)定為0.1～25℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述氣氛調(diào)節(jié)裝置由氣源、流量控制器和混氣罐構(gòu)成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述氣源為甲烷、乙烯、乙炔、氬氣、氮?dú)狻⒑狻錃狻睔庵械囊环N或幾種；流量控制器的量程為0～5000sccm，分辨力0.1～1sccm，控制精度±0.1～1.5％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述真空調(diào)節(jié)裝置能達(dá)到的極限真空度為10^-4～1Pa，抽氣速率1～50L/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的裝置，其特征在于所述石英管的外徑為10～300mm。

10.一種利用權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述裝置直接生長(zhǎng)原子尺度二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于所述方法步驟如下：

一、根據(jù)需要制備的材料類(lèi)型，確定前驅(qū)物切換桿和基底切換桿的個(gè)數(shù)，并將反應(yīng)前驅(qū)物和反應(yīng)基底分別放置在相應(yīng)的石英構(gòu)件上；

二、通過(guò)真空調(diào)節(jié)裝置使石英管內(nèi)空氣盡量排除；

三、通過(guò)進(jìn)氣口通入一定流量的載氣，利用氣氛調(diào)節(jié)裝置和真空調(diào)節(jié)裝置保持石英管內(nèi)壓力在實(shí)驗(yàn)需要的值；

四、將與基底切換桿相連的石英構(gòu)件位于反應(yīng)基底加熱溫區(qū)，前驅(qū)物切換桿外拉，使與前驅(qū)物切換桿相連的石英構(gòu)件離開(kāi)反應(yīng)前驅(qū)物加熱溫區(qū)，打開(kāi)加熱裝置，設(shè)定反應(yīng)前驅(qū)物和反應(yīng)基底所需要的溫度和保持時(shí)間，進(jìn)行升溫；

五、升溫至設(shè)定的溫度，移動(dòng)第一個(gè)前驅(qū)物切換桿使石英構(gòu)件到達(dá)反應(yīng)前驅(qū)物加熱溫區(qū)，蒸發(fā)第一種前驅(qū)物生長(zhǎng)第一種物質(zhì)，反應(yīng)至設(shè)定時(shí)間后，移動(dòng)該切換桿使石英構(gòu)件離開(kāi)反應(yīng)前驅(qū)物加熱溫區(qū)，結(jié)束第一種物質(zhì)蒸發(fā)；

六、待加熱裝置的溫度至設(shè)定溫度，移動(dòng)第二個(gè)前驅(qū)物切換桿使石英構(gòu)件到達(dá)反應(yīng)前驅(qū)物加熱溫區(qū)位置，蒸發(fā)第二種前驅(qū)物生長(zhǎng)第二種物質(zhì)，反應(yīng)至設(shè)定時(shí)間后，移動(dòng)該切換桿使石英構(gòu)件離開(kāi)反應(yīng)前驅(qū)物加熱溫區(qū)，結(jié)束第二種物質(zhì)蒸發(fā)，從而在第一種反應(yīng)物質(zhì)邊緣或者表面外延生產(chǎn)出第二中物質(zhì)，從而形成兩種物質(zhì)的異質(zhì)結(jié)；

七、根據(jù)前驅(qū)物切換桿的數(shù)量重復(fù)步驟六；

八、結(jié)束反應(yīng)，按設(shè)定降溫速率降溫至室溫。