[發明專利]制造由碳構成的納米結構的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410858327.2
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104651801B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: I·布萊克伯恩;K·特奧;B·盧;N·魯佩辛吉
• 申請（專利權）人: 艾克斯特朗歐洲公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/455;C23C16/513
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種裝置，用于制造由碳構成的納米結構、如單層、多層結構、小管或纖維，裝置具有進氣機構(2)，進氣機構(2)具有被殼體壁板(3、3’、3”)包圍的殼體空腔(5)，供氣管(6)通入殼體空腔(5)內，氣態的、尤其含碳的初始材料通過供氣管(6)能夠被輸送至殼體空腔(5)內，裝置還具有具備至少部分布設在殼體空腔(5)內的構件(8、9、10)的等離子體發生器，等離子體發生器具有至少一個能夠被加載電壓的等離子體電極(9)，用于通過點燃等離子體向氣態的初始材料加載能量并且由此轉變成氣態的中間產物，并且裝置還具有具備大量排氣口(7)的排氣面(4)，氣態的中間產物能夠通過排氣面(4)從殼體空腔(5)中排出。用于支持轉變的氣體加熱裝置(11)布設在構件(8、9、10)的下游。

技術領域

本發明首先涉及一種裝置，用于制造由碳構成的納米結構、如單層、多層結構或小管或纖維，所述裝置具有進氣機構，所述進氣機構具有被殼體壁板包圍的殼體空腔，供氣管通入所述殼體空腔內，例如包含氣態的、尤其含碳的初始材料的混合氣體通過所述供氣管能夠被輸送至所述殼體空腔內，所述裝置還具有布設在所述殼體空腔內的等離子體發生器，所述等離子體發生器具有至少一個能夠被加載電壓的等離子體電極，用于通過加載能量而使氣態的初始材料轉變成氣態的中間產物，并且所述裝置還具有具備大量排氣口的排氣面，氣態的中間產物能夠通過所述排氣面從所述殼體空腔中排出。

此外本發明還涉及一種在使用所述裝置的情況下制造由碳構成的納米結構的方法。

背景技術

碳以不同的結晶結構沉積。例如以金剛石結構的形式，作為單層、多層結構、如石墨烯，作為小管、如碳納米管或作為富勒烯或作為纖維。使用CVD(化學氣相沉積)裝置，用于沉積出這種碳結構、尤其納米結構，其在至少一個維度具有從不足一納米到幾百納米的結構尺寸。在此，含碳的初始材料、如甲烷或乙炔連同運載氣體、如氬氣或氫氣被導入CVD反應器的處理室內。已知，熱力地或借助等離子體活化或離解所導入的含碳的初始材料。例如US8398927 B2描述了一種等離子體增強的CVD(PE-CVD)，并且US 2006/0185595A1描述了一種熱絲CVD(HF-CVD)。在PE-CVD中，在進氣機構的內部點燃等離子體。為此，該裝置具有等離子體電極，等離子體電極可被加載電壓。由此產生自由基，該自由基可通過進氣機構的排氣口進入處理室，它們在那里在構成納米結構的情況下沉積在布設在加熱件上的基板上。在HF-CVD中，含碳的初始材料通過熱絲在進氣機構的內部或外部被加熱。在HF-CVD中，也可以直接在基板的上方點燃等離子體，由此產生自由基。但是直接在基板上方點燃等離子體是有缺點的，因為在等離子體中形成高能的離子，該高能離子對基板具有腐蝕作用。

從US 6499425或US 6161499中也已知通過使用等離子體沉積含碳結構的裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，改進已知的裝置或方法，以便改進由碳構成的納米結構的制造。

所述技術問題通過一種按照本發明的裝置解決，所述裝置用于制造由碳構成的納米結構、如單層、多層結構、小管或纖維，所述裝置具有進氣機構，所述進氣機構具有被殼體壁板包圍的殼體空腔，供氣管通入所述殼體空腔內，氣態的、尤其含碳的初始材料通過所述供氣管能夠被輸送至所述殼體空腔內，所述裝置還具有具備至少部分布設在所述殼體空腔內的構件的等離子體發生器，所述等離子體發生器具有至少一個能夠被加載電壓的等離子體電極，用于通過點燃等離子體向氣態的初始材料加載能量并且由此轉變成氣態的中間產物，并且所述裝置還具有具備大量排氣口的排氣面，氣態的中間產物能夠通過所述排氣面從所述殼體空腔中排出，其中，用于支持轉變的氣體加熱裝置布設在所述構件的下游。

所述技術問題還通過一種按照本發明的在前述裝置中制造由碳構成的納米結構、如單層，多層結構、小管或纖維的方法解決，其中，必要時連同運載氣體的、包含至少一種實施氧化或還原或含碳的氣態的初始材料的混合物或清洗氣體通過供氣管被輸送至殼體空腔內，其中，既由等離子體發生器由氣體加熱裝置向氣體混合物加載能量。