[實用新型]一種二維材料生長設備

有效

• 申請號: 202220677700.4
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN217499494U
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 李佳君;叢靖昆;皮孝東;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B25/10
• 分類號: C30B25/10;C30B25/12;C30B25/14;C30B25/16;C30B29/46;C30B29/02;C23C16/46;C23C16/458;C23C16/455;C23C16/448;C23C16/52;C23C16/30;C23C16/26
• 代理公司: 杭州五洲普華專利代理事務所(特殊普通合伙) 33260
• 代理人: 姚宇吉

本實用新型公開了一種二維材料生長設備，包括生長腔體、樣品臺、若干前驅體組件，生長腔體外側設有加熱裝置，生長腔體連接有出氣管，前驅體組件包括前驅體管腔、進氣管，前驅體管腔外側設有前驅體加熱裝置，前驅體管腔與生長腔體、進氣管相連，前驅體管腔內放置有石英舟，各前驅體組件中石英舟裝填的前驅體不同，樣品臺設置在生長腔體內并沿生長腔體內部軸向移動，樣品臺安裝有加熱器和生長襯底，加熱器用于調節生長襯底和生長腔體之間的溫度差。本實用新型具有防止各前驅體在到達襯底前發生反應，能夠根據需求單獨調整生長襯底的溫度進而調控前驅體與生長襯底之間過冷度，前驅體到達襯底的距離可調節以保證前驅體有合適的氣相反應時間等優點。

技術領域

本實用新型屬于二維材料生長的技術領域，尤其涉及一種二維材料生長設備。

背景技術

石墨烯的發現為我們打開了二維材料的大門，其超高的載流子遷移率等電學性能被認為是未來半導體溝道材料的有力競爭者。但是，石墨烯本身的帶隙寬度很小，難以實現有效關斷。過渡金屬硫化物的出現解決了這一問題。過渡金屬硫化物是過渡金屬(如鉬、鎢、鐵、鎳等)和硫族元素(如硫、硒、碲等)形成的層狀結構，有豐富的帶隙寬度和合適的電學性質，在半導體溝道、光電探測、柔性穿戴等多個領域表現出應用價值。由于二維材料天然的層狀結構，表面沒有懸掛鍵的影響，可以實現異質堆疊的范德華力接觸，從而得到陡峭的過渡邊界，避免了傳統材料異質結構的邊界擴散、化學鍵合等問題，極大的豐富了二維材料的應用前景。

目前常用于生長異質結的設備中，分子束外延雖然可以實現各前驅體的靈活控制，但是生長環境要求嚴格，晶體尺寸也有限制。濺射方法可以得到大面積薄膜材料，但是晶體尺寸很小，層數不可控，難以得到單晶層面的生長。管式爐應用最廣，結構簡單，可以方便的得到較大尺寸的單晶二維材料或薄膜。

中國專利公開號CN108707875A，專利名稱為一種管式CVD爐用接頭、二維材料及其生長裝置和方法，其具體公開了主體上設有若干蒸發源加熱腔，主體與管式CVD爐相連，管式CVD爐包括兩端開口石英管、CVD加熱腔和保溫外殼，兩端開口石英管用于放置制備二維材料的襯底。該專利方案存在以下缺陷：襯底溫度無法單獨控制，使得襯底和石英管之間溫度差不易調節，如果未達到生長參數就將襯底放置在生長腔體的生長位置容易在二維材料表面形成三維雜質；管式爐應用于異質結生長時，面臨前驅體相互影響和加熱時機難以控制的問題，如不同前驅體進入石英管前已經混合發生反應導致后續二維材料生長產生雜質；生長二硫化鉬二維材料時如果硫前驅體過早加入會在二維材料表面產生S雜質；襯底與前驅體分別放置于不同加熱腔時，二者之間的距離無法調整。

實用新型內容

本實用新型的目的就是解決背景技術中的問題，提出一種二維材料異質結生長設備，能夠防止各前驅體在到達襯底前發生反應，能夠根據需求單獨調整生長襯底的溫度進而調控前驅體與生長襯底之間的過冷度，前驅體到達襯底的距離可調節以保證前驅體有合適的氣相反應時間。

為實現上述目的，本實用新型提出了一種二維材料生長設備，包括生長腔體、樣品臺、若干前驅體組件，生長腔體外側設有加熱裝置，生長腔體連接有出氣管，前驅體組件包括前驅體管腔、進氣管，前驅體管腔外側設有前驅體加熱裝置，前驅體管腔與生長腔體、進氣管相連，前驅體管腔內放置有石英舟，各前驅體組件中石英舟裝填的前驅體不同，所述樣品臺設置在生長腔體內并沿生長腔體內部軸向移動，樣品臺安裝有加熱器和生長襯底，加熱器用于調節生長襯底和生長腔體之間的溫度差。

作為優選，所述生長腔體的一端設有第一密封法蘭，所述第一密封法蘭中部配合安裝有樣品桿，樣品桿沿第一密封法蘭軸向移動，樣品桿的一端伸入生長腔體內并與樣品臺相連，所述出氣管的一端穿過第一密封法蘭與生長腔體相連通。

作為優選，所述前驅體組件的數量為3，且分別為第一前驅體組件、第二前驅體組件、第三前驅體組件，第一前驅體組件、第二前驅體組件、第三前驅體組件并排設置，第一前驅體組件、第二前驅體組件、第三前驅體組件中石英舟裝填的前驅體分別為硫粉、氧化鉬粉、氧化鎢粉。