化学气相沉积装置及化学气相沉积方法与流程

    技术2025-06-23  17


    本发明总体来说涉及化学气相沉积,具体而言,涉及一种化学气相沉积装置及化学气相沉积方法。


    背景技术:

    1、石墨烯是一种物理化学性质优异的材料,采用化学气相沉积法制备石墨烯,石墨烯的厚度可调,且能够高质量均匀生长,有利于石墨烯大面积应用。其中,常见的化学气相沉积装置具体包括热壁cvd装置、冷壁cvd装置。

    2、热壁cvd装置包括石英管与管式炉,石英管的熔点限制石墨烯极限温度,使石墨烯极限温度小于1100℃,且管式炉限制石英管的升温速率不能高过20℃/min,导致生产效率较低。同时,现有装置的传热方式是从炉膛向样品传热,整个生长环境温度都比较高,碳源在气相中会大量裂解,且进一步反应生成副产物也会吸附在样品上,降低石墨烯的质量。

    3、冷壁cvd装置包括电磁感应线圈和石墨盘,线圈缠绕在石英管的外周,并产生磁场,石墨盘在磁场的作用下产生热量,用于加热生长基底。该加热方式为间接加热,必然存在界面热阻,导致加热效率低且加热不均匀,影响制备效率及制备质量。


    技术实现思路

    1、本发明提供的一种化学气相沉积装置及化学气相沉积方法,提高生产质量。

    2、根据本发明的第一个方面,提供了一种化学气相沉积装置,包括:

    3、反应腔室,所述反应腔室用于容纳第一生长基底,所述第一生长基底为导体;

    4、第一加热组件,所述第一加热组件包括电极,所述电极设置于所述反应腔室,用于电连接所述第一生长基底,使所述第一生长基底自发热至预设化学气相沉积温度。

    5、在其中一些实施方式中,还包括:

    6、第一移动组件,所述第一移动组件能够驱动所述电极向靠近或远离所述第一生长基底的方向运动,使所述电极与所述第一生长基底选择性接触。

    7、在其中一些实施方式中,还包括:

    8、第二移动组件,所述第二移动组件能够驱动所述第一生长基底相对于所述反应腔室并向靠近或远离所述电极的方向运动,使所述第一生长基底选择性与所述电极对应设置。

    9、在其中一些实施方式中,还包括:

    10、承载板,设置于所述反应腔室内并与所述电极对应设置,所述承载板用于承载所述第一生长基底,所述承载板和所述电极能够分别抵接于所述第一生长基底沿所述反应腔室径向方向的两侧。

    11、在其中一些实施方式中,所述电极的数量为多个,多个所述电极分别设置于所述第一生长基底沿所述反应腔室轴向方向的两端;

    12、和/或,所述电极的数量为多个,多个所述电极分别设置于所述第一生长基底沿所述反应腔室径向方向的两侧。

    13、在其中一些实施方式中,所述第一加热组件还包括:

    14、第一电源,电连接于所述电极,使所述电极通电后加热所述第一生长基底。

    15、在其中一些实施方式中,还包括:

    16、第二加热组件,设置于所述反应腔室,位于所述反应腔室的进气口和所述第一加热组件之间,第二生长基底被配置为选择性与所述第二加热组件对应设置,所述第二加热组件用于将第二生长基底加热至第一预设温度,使所述第二生长基底的表面生长包覆导电薄膜,得到所述第一生长基底。

    17、在其中一些实施方式中,所述第二加热组件包括:

    18、管式炉,位于所述反应腔室的外部并环设于所述反应腔室的外周壁。

    19、在其中一些实施方式中,所述第二加热组件包括:

    20、第二电源,设置于所述反应腔室的外部;

    21、线圈,绕设于所述反应腔室的外周壁,所述线圈电连接于所述第二电源,用于通电后在所述反应腔室内产生磁场;

    22、石墨盘,设置于所述反应腔室内并与所述线圈对应设置,所述石墨盘用于承载第二生长基底并在所述磁场内产生热量。

    23、在其中一些实施方式中,所述第二加热组件包括:

    24、第二电源,设置于所述反应腔室的外部;

    25、石墨盘,设置于所述反应腔室内并与所述线圈对应设置,所述石墨盘用于承载第二生长基底,所述石墨盘电连接于所述第二电源,用于通电后在所述石墨盘上产生热量。

    26、根据本发明的第二个方面,本发明实施例还提供了一种化学气相沉积方法,采用上述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积,包括以下步骤:

    27、将第一生长基底放置于反应腔室内;

    28、通过电极电连接第一生长基底,通电使第一生长基底自发热至预设化学气相沉积温度,使第一生长基底的表面沉积生长导电薄膜。

    29、根据本发明的第三个方面,本发明实施例还提供了一种化学气相沉积方法,采用上述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积,包括以下步骤:

    30、将第二生长基底放置于反应腔室内;

    31、利用第二加热组件对第二生长基底进行加热至第一预设温度,使第二生长基底的表面沉积生长导电薄膜,得到第一生长基底;

    32、将表面包覆有导电薄膜的第一生长基底移动至第一加热组件的电极对应位置;

    33、通过电极电连接第一生长基底,通电使第一生长基底自发热至预设化学气相沉积温度,使第一生长基底的表面沉积生长导电薄膜。

    34、在其中一些实施方式中,预设化学气相沉积温度大于等于第一预设温度。

    35、本发明的具有如下优点或有益效果:

    36、本发明提供的化学气相沉积装置及化学气相沉积方法,通过在反应腔室内设置电极,基于电能转化为热能的特性,在电极通电后能够对具有导电能力的第一生长基底直接加热,有效提高升温速率,提升制备效率;同时,该加热方式使得只有第一生长基底的表面温度高,而反应腔室的外壁温度比较低,使反应腔室中具有更高的生长温度梯度,能够减少气相加热带来的能源浪费和气相污染,有效提高加热均匀性与石墨烯的质量。

    37、与常规化学气相沉积装置相比,仅通过增加电极,不需要改变传统cvd装置炉体的其他设计,工艺简单,改造成本低。



    技术特征:

    1.一种化学气相沉积装置,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置,其特征在于,还包括:

    3.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置,其特征在于,还包括:

    4.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置,其特征在于,还包括:

    5.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置,其特征在于,所述电极的数量为多个,多个所述电极分别设置于所述第一生长基底沿所述反应腔室轴向方向的两端;

    6.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置,其特征在于,所述第一加热组件还包括:

    7.根据权利要求1-6任一项所述的化学气相沉积装置,其特征在于,还包括:

    8.根据权利要求7所述的化学气相沉积装置,其特征在于,所述第二加热组件包括:

    9.根据权利要求7所述的化学气相沉积装置,其特征在于,所述第二加热组件包括:

    10.根据权利要求7所述的化学气相沉积装置,其特征在于,所述第二加热组件包括:

    11.一种化学气相沉积方法,其特征在于,采用权利要求1-6任一项所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积,包括以下步骤:

    12.一种化学气相沉积方法,其特征在于,采用权利要求7-10任一项所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积,包括以下步骤:

    13.根据权利要求12所述的化学气相沉积方法,其特征在于,预设化学气相沉积温度大于等于第一预设温度。


    技术总结
    本发明提供一种化学气相沉积装置及化学气相沉积方法,涉及石墨烯制备技术领域。该化学气相沉积装置包括反应腔室和第一加热组件,反应腔室用于容纳第一生长基底,第一生长基底为导体;第一加热组件包括电极,电极设置于反应腔室,用于电连接第一生长基底,使第一生长基底自发热至预设化学气相沉积温度。基于电能转化为热能的特性,在电极通电后能够对具有导电能力的第一生长基底直接加热,有效提高升温速率,提升制备效率;同时,该加热方式使得只有第一生长基底的表面温度高,而反应腔室的外壁温度比较低,使反应腔室中具有更高的生长温度梯度,能够减少气相加热带来的能源浪费和气相污染,有效提高加热均匀性与石墨烯的质量。

    技术研发人员:刘忠范,亓月,杨钰垚,袁昊
    受保护的技术使用者:北京石墨烯研究院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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