[實用新型]二維材料范德瓦爾斯外延生長與修飾系統

有效

• 申請號: 201720018837.8
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN206385275U
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 張廣宇;楊蓉;時東霞;李爍輝;余畫
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B23/02
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所11497
• 代理人: 黃小臨,馮玉清

技術領域

本實用新型總體上涉及材料制備領域，更特別地，涉及一種二維材料范德瓦爾斯外延生長與修飾系統，其具有較低的成本，并且使用和維護都很方便。

背景技術

近年來，二維材料由于其獨特的性質而越來越吸引研究人員的興趣。二維材料是指電子僅可在兩個非納米級維度上(>100nm)自由運動(平面運動)的材料，如石墨烯、MoS₂等。在二維材料中展現了許多新的物理現象，由此又可以研制新的材料、器件等。以二維材料為基本單位的異質結也隨之成為研究熱點。傳統上，異質結結構的生長主要使用分子束外延沉積設備(MBE)進行，這種設備一般依賴超高真空生長環境，非常昂貴，而且生長腔室的維護耗時且復雜。類似的設備還包括有機金屬化學氣相沉積設備(MOCVD)，其也有這些缺陷。

實用新型內容

因此，期望提供一種材料制備設備，其能夠制備二維材料的薄膜或異質結結構，并且具有較低的成本，使用和維護都很方便。還希望該設備能夠具有多種功能，例如對樣品的原位摻雜與相變等，以滿足二維材料的科學研究或工業生產的各種需要。

本實用新型的一示例性實施例提供一種二維材料范德瓦爾斯外延生長與修飾系統，包括：管體，其具有上游開口和下游開口，上游開口處焊接有上游法蘭，下游開口處焊接有下游法蘭，所述管體被支承在管體支架上；上游封堵盤，用于連接到所述上游法蘭以密封所述管體，所述上游封堵盤上具有多個源載氣管路接口；下游封堵盤，用于連接到所述下游法蘭以密封所述管體，所述下游封堵盤上具有抽真空接口和樣品支承桿接口；以及多溫區恒溫爐，圍繞以加熱所述管體的一部分，所述多溫區恒溫爐至少具有沿所述管體的延伸方向設置的第一溫區和第二溫區。

在一示例中，該系統還包括：等離子體發生裝置，設置在所述多溫區恒溫爐的下游并且圍繞所述管體的一部分。

在一示例中，所述等離子體發生裝置包括圍繞所述管體的線圈和用于固定所述線圈的線圈支架，所述線圈支架包括第一部分和第二部分，在所述第一部分和所述第二部分的彼此相對的表面上具有彼此對應的多個凹陷，從而當所述第一部分和所述第二部分固定到一起時，所述線圈被夾持固定在所述凹陷中。

在一示例中，所述多溫區恒溫爐和所述等離子體發生裝置都被支承在導軌上，使得所述多溫區恒溫爐和所述等離子體發生裝置能獨立地沿所述管體的延伸方向滑動。

在一示例中，所述多溫區恒溫爐包括第一部分和第二部分，所述第二部分通過鉸鏈連接到所述第一部分從而能夠繞所述鉸鏈的軸旋轉，所述第一部分和所述第二部分的相對的表面上具有凹陷以容納所述管體，所述凹陷中設置有加熱元件以形成所述第一溫區和所述第二溫區，所述第一溫區和所述第二溫區之間通過隔熱材料分隔開。

在一示例中，所述第二溫區具有沿所述管體的延伸方向設置的多個子溫區，每個子溫區和所述第一溫區具有獨立的加熱元件和溫度控制裝置以實現獨立的溫度控制。

在一示例中，該系統還包括：多根源載氣管路，其分別被夾持連接到所述多個源載氣管路接口中并且延伸到所述管體中；以及樣品支承桿，其被夾持連接到所述樣品支承桿接口中并且延伸到所述管體中。

在一示例中，所述管體是圓筒形的石英管，所述上游法蘭和所述下游法蘭都是石英法蘭，所述上游封堵盤和所述下游封堵盤都是金屬封堵盤，所述上游封堵盤和所述上游法蘭之間以及所述下游封堵盤和所述下游法蘭之間還設置有O型圈以實現二者之間的密封連接，所述源載氣管路是石英管，所述樣品支承桿是石英管或石英桿。

在一示例中，該系統還包括：用于支承所述上游封堵盤的上游封堵盤支架；以及用于支承所述下游封堵盤的下游封堵盤支架。

在一示例中，所述上游封堵盤支架和所述下游封堵盤支架每個都安裝在導軌上以能夠沿所述管體的延伸方向滑動。

本實用新型的二維材料范德瓦爾斯外延生長與修飾系統能用于二維材料諸如石墨烯、MoS₂等的生長與修飾過程，能夠用于制作包含二維材料的異質結結構，而且成本低，使用和維護方便，因此具有很高的應用價值。

附圖說明

圖1是根據本實用新型一實施例的二維材料范德瓦爾斯外延生長與修飾系統的整體結構示意圖。

圖2是根據本實用新型一實施例的石英管與上、下游封堵盤之間的連接的示意圖。

圖3是根據本實用新型一實施例的石英管支架的示意圖。

圖4是根據本實用新型一實施例的多溫區恒溫爐的剖面示意圖。

圖5是根據本實用新型一實施例的線圈支架的示意性剖視圖。