[實用新型]一種生長大面積石墨烯的裝置

有效

• 申請號: 201420289312.4
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN203922733U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 金虎;張旭磊;劉志成;史明亮;鄧科文;張志華
• 申請（專利權）人: 常州二維碳素科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

技術領域

本實用新型涉及一種生長大面積石墨烯的裝置。

背景技術

隨著2010年諾貝爾物理學獎得主的揭曉，石墨烯(Graphene)也成為大家討論的焦點。2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫利用普通膠帶成功地從石墨中剝離出石墨烯，這種材料僅有一個碳原子厚，是目前已知的最薄的材料。它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固而柔軟；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯可以應用于晶體管、觸摸屏、基因測序的領域，同時有望幫助物理學家在量子物理學研究領域取得新突破，它的問世引起了全世界的研究熱潮。

鑒于石墨烯具有諸多優于常規材料的性質，在理論基礎研究和納米電子學具有廣闊的應用前景，因此制備大面積、高質量、低缺陷的石墨烯是一項亟待解決的首要問題。目前，石墨烯的制備方法主要有以下四種：

1、微機械剝離石墨法：因為石墨晶體是片層結構，各層之間是以范德瓦爾斯力微弱的結合，因此微機械剝離石墨法主要使用微機械外力從石墨晶體表面剝離出石墨烯片層結構。該方法具有成本低，樣品質量高，且片層數可控的優點，缺點是很難精確控制大小，重復性較差，產量低，效率低，難以實現石墨烯的大面積和規模化制備，且耗費時間較長，尺寸較小，即只有0.1mm左右，故而僅限于作為實驗室的基礎理論研究方面的應用。

2、氧化石墨還原法：氧化石墨還原法是在一定的化學條件下，利用氧化反應，將環氧基、羥基、羰基和羧基等親水性基團引入石墨結構中，得到氧化石墨，再利用還原劑還原或熱處理等方法，還原氧化石墨獲得石墨烯的方法。氧化石墨還原法由于其穩定性而被廣泛采用。然而，氧化過程會導致大量的結構缺陷，這些缺陷即使經1100℃退火也不能完全被消除，仍有許多羥基、環氧基、羰基、羧基的殘留。缺陷導致的電子結構變化使石墨烯由導體轉為半導體，嚴重影響石墨烯的電學性能，制約了它的應用。

3、在碳化硅襯底上外延生長石墨烯：該方法的核心是在對SiC襯底完成表面預處理后，利用Si具有比C更高的飽和蒸汽壓的性質，在大于1100℃高溫和小于10-6Pa的超高真空條件下，Si原子率先從襯底表面升華，剩余的C原子重構成石墨烯層。外延生長法制備的石墨烯表現出較高的載流子遷移率等特性，因而表現出杰出的電學性質，但由于SiC晶體表面結構較為復雜，難以獲得大面積、厚度均一的石墨烯。

4、金屬襯底的化學氣相沉積法：該方法制備石墨烯材料的機理是，在800～1200℃的高溫氣態條件下，氣態碳氫化合物等經過具有催化活性的過渡金屬表面時，在金屬表面脫氫，剩余游離態的碳原子吸附在金屬表面，冷卻時以sp2鍵合形成石墨烯結構。該方法是近年來制備較大面積、高質量石墨烯比較有效的方法之一，并且可以與現有的半導體制造工藝兼容。但該種方法在目前常用的工藝下仍存在以下缺陷：(1)、生長的石墨烯面積較小，一般是2-12英寸；(2)、生產的較大面積的石墨烯樣則層數不均勻，一般1～10層都有；(3)、雖然生產小面積石墨烯由于沉積比較均勻，方阻和透過率都在較高的水平。然而石墨烯樣面積做的越大，由于氣體和溫度的差異，導致方阻和透過率表面各處差異就越大，不利于批量生產；(4)、較大面積銅箔襯底在裝樣和取樣上都比較困難，退火后銅箔硬度會急劇下降，裝配中如不能很好貼合，銅箔會發生褶皺變形，這會對之后的轉片等工藝帶來嚴重的影響，極大地影響石墨烯產品的質量。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種用于生長大面積石墨烯的裝置。

實現本實用新型目的的技術方案是：一種生長大面積石墨烯的裝置，包括金屬襯底、卷形石英舟、固定裝置和擴散爐；金屬襯底的兩邊各設置有至少一個小孔；所述固定裝置包括固定絲，所述固定絲穿過兩邊小孔將金屬襯底固定在卷形石英舟上。

所述固定裝置還包括用于將金屬襯底兩端與卷形石英舟固定的綁條。

所述生長大面積石墨烯的裝置還包括進氣管；所述進氣管上均勻分布有出氣孔；所述進氣管為直管或者環繞卷形石英舟設置。