技術領域：

本發明涉及(ji)薄膜生長或薄膜制(zhi)備(bei)領(ling)域，更確切地說(shuo)涉及(ji)制(zhi)備(bei)石墨烯(xi)、六角氮化硼(peng)等薄膜材料的化學氣相沉(chen)積裝置。

背景技術：
：

現代(dai)科(ke)學(xue)和技(ji)術需要使用大量功能各異的(de)無機新材(cai)(cai)料(liao)(liao)或薄膜材(cai)(cai)料(liao)(liao)，如石墨烯、六角氮化硼等(deng)，一般來講，為了達到(dao)所(suo)需的(de)性能，這些功能材(cai)(cai)料(liao)(liao)必須是(shi)高純(chun)的(de)，而(er)為了得(de)到(dao)高純(chun)度的(de)產品，科(ke)學(xue)界、工藝界也發明(ming)了很(hen)多制備方法(fa)(fa)，其中，化學(xue)氣相(xiang)淀積法(fa)(fa)（cvd）、分子束(shu)外延生長法(fa)(fa)（mbe）等(deng)都(dou)是(shi)近(jin)幾十年發展起(qi)來的(de)制備高純(chun)度材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)新技(ji)術。

cvd法是(shi)一種基于化學反(fan)應的薄(bo)膜(mo)淀積方法，以氣(qi)體(ti)形(xing)式提供(gong)的反(fan)應物(wu)質(zhi)，如制備(bei)石墨(mo)烯一般(ban)使用的甲烷、乙炔等，制備(bei)氮(dan)化硼(peng)(peng)一般(ban)使用環硼(peng)(peng)氮(dan)烷、氨硼(peng)(peng)烷等；襯底(di)置于反(fan)應室(shi)中，在熱能、等離子體(ti)或者(zhe)紫外光(guang)等的作用下，氣(qi)體(ti)反(fan)應物(wu)在襯底(di)表面經化學反(fan)應（分解或合成(cheng)）形(xing)成(cheng)固(gu)體(ti)物(wu)質(zhi)的淀積，即(ji)得到薄(bo)膜(mo)材(cai)料。

目前所使用的六角氮化硼或石墨烯的制備裝置多為石英管式爐，對生長過程的控制存在以下問題：1）氣壓的控制性。石英管式爐的氣壓測量和控制一般是通過流量計和在關口的氣壓計完成；石墨烯的生長機理與氣體的流量沒有直接關系，而是同金屬表面的氣壓有關。而該裝置氣路狹窄，通過流量計與管口所測量的數據不能直接表達金屬表面的氣壓，而是具有很大的差異和延遲；2）溫度的控制性。對薄膜生長過程有影響的為金屬薄膜表面的溫度，而實際上在石英管式爐中往往測量的是管壁外的溫度，存在較大差異與延遲；3）本底雜質的控制性。石英管內雜質氣體的本底真空相對比較高，一般在10^-4mbar以(yi)上，這就意味著金屬表面(mian)每(mei)個(ge)原子(zi)每(mei)秒鐘平均約有100次來(lai)自雜質氣(qi)(qi)體的(de)(de)碰(peng)撞(zhuang)，這些雜質氣(qi)(qi)體所(suo)帶來(lai)的(de)(de)影響是復雜的(de)(de)不容(rong)易(yi)預知的(de)(de)，通常來(lai)講會造(zao)成(cheng)兩(liang)個(ge)問題(ti)(ti)：一(yi)是制備(bei)(bei)方(fang)法的(de)(de)轉移(yi)性(xing)不好，在(zai)(zai)一(yi)個(ge)系統(tong)上優化的(de)(de)制備(bei)(bei)方(fang)法在(zai)(zai)轉移(yi)到不同(tong)生產設備(bei)(bei)的(de)(de)時候，由(you)于(yu)不同(tong)系統(tong)所(suo)存在(zai)(zai)差(cha)異，相(xiang)同(tong)的(de)(de)制備(bei)(bei)參數(shu)所(suo)給出的(de)(de)金屬表面(mian)的(de)(de)氣(qi)(qi)壓與(yu)溫(wen)度可能相(xiang)差(cha)很多(duo)；二(er)是對(dui)薄(bo)膜的(de)(de)生長機理理解(jie)欠佳，由(you)于(yu)測量(liang)過(guo)程中參數(shu)的(de)(de)延遲與(yu)差(cha)異以(yi)及雜質氣(qi)(qi)體的(de)(de)影響，很難通過(guo)最(zui)基本(ben)的(de)(de)表面(mian)科學知識解(jie)釋所(suo)得(de)到的(de)(de)結果。4）降溫(wen)速度慢，造(zao)成(cheng)高溫(wen)時溶(rong)解(jie)在(zai)(zai)金屬基底中的(de)(de)碳(tan)(tan)原子(zi)在(zai)(zai)降溫(wen)過(guo)程中的(de)(de)大量(liang)析(xi)出，從而形成(cheng)多(duo)層石墨烯甚至無定型碳(tan)(tan)。目前，石英(ying)管(guan)式爐解(jie)決降溫(wen)速度慢的(de)(de)問題(ti)(ti)一(yi)般(ban)是采(cai)用滑(hua)軌的(de)(de)方(fang)式，但該方(fang)法容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)兩(liang)個(ge)問題(ti)(ti)，一(yi)是裝置占地面(mian)積大，往往需(xu)要占用2倍及以(yi)上的(de)(de)場地；二(er)是1000℃的(de)(de)石英(ying)管(guan)突然接觸(chu)到室(shi)溫(wen)的(de)(de)大氣(qi)(qi)，容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)石英(ying)管(guan)破裂等問題(ti)(ti)，影響石英(ying)管(guan)使用壽(shou)命。

技術實現要素：
：

針(zhen)對(dui)以(yi)上提到(dao)的問題，提出本發明。

采用不銹鋼壁的冷壁cvd裝置，使用分子泵+機械泵的抽氣裝置，本底真空可達到10^-7甚至10^-8mbar，充分減(jian)少雜質氣(qi)(qi)體分子對生長過程(cheng)造成的(de)影響。在設(she)計(ji)(ji)裝置的(de)氣(qi)(qi)路(lu)時，充分考慮氣(qi)(qi)體擴散的(de)基本原(yuan)理。采用內加熱(re)方式，不僅能降低能耗，而(er)且(qie)能形(xing)成溫(wen)(wen)(wen)度更均勻的(de)恒溫(wen)(wen)(wen)區(qu)，而(er)溫(wen)(wen)(wen)度測(ce)量采用直接(jie)測(ce)量樣(yang)(yang)品或者充分靠近樣(yang)(yang)品，從而(er)得到更準確的(de)溫(wen)(wen)(wen)度參(can)數。設(she)計(ji)(ji)內加熱(re)裝置的(de)移動(dong)降溫(wen)(wen)(wen)功能，實(shi)現(xian)快速降溫(wen)(wen)(wen)，有效減(jian)少降溫(wen)(wen)(wen)過程(cheng)中碳原(yuan)子的(de)析出。

為了解決上述(shu)技術問題，本發明(ming)所采用(yong)的(de)(de)技術方案是，一種用(yong)于制備石墨烯(xi)、六角氮化硼等薄膜材料的(de)(de)化學(xue)氣相沉積裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)，其(qi)特征在于，所述(shu)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)包(bao)括兩(liang)個獨立(li)的(de)(de)真空(kong)腔體——主(zhu)腔體（1）和副(fu)(fu)腔體（2）、加熱裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)（3）、測溫裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、供氣裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、抽氣裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、冷凝裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、傳動裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)（4）、插板閥（5）及硼氮蒸(zheng)發源（6）。其(qi)中(zhong)主(zhu)腔體（1）用(yong)于薄膜材料的(de)(de)制備，副(fu)(fu)腔體（2）用(yong)于硼氮源的(de)(de)洗氣。

按上述方案，所述的(de)真空腔體a帶(dai)有冷凝水(shui)層(ceng)，可通過循環(huan)冷凝水(shui)的(de)方式降低腔壁溫(wen)度。

按上述方案，所述真(zhen)空腔(qiang)體b與硼氮(dan)蒸(zheng)發源(yuan)直接(jie)相連接(jie)，用于硼氮(dan)源(yuan)的洗氣，防止硼氮(dan)源(yuan)經過真(zhen)空腔(qiang)體a造成對(dui)主(zhu)腔(qiang)體的污染。

按(an)上述方案，所(suo)述的加熱裝(zhuang)置置于(yu)真空腔體(ti)a中，采(cai)用電阻加熱的方式，通過調節加熱功率，可在(zai)10分鐘之內快速加熱至(zhi)1300℃。

按上述方案，所述的(de)測溫裝置(zhi)由萬用表（7）和k型熱(re)電偶(ou)（8）組成(cheng)，其(qi)中熱(re)電偶(ou)直接置(zhi)于樣品(pin)（9）表面，可得到薄(bo)膜(mo)生長過程中的(de)實際(ji)溫度。

按上述方案(an)，所述的供氣(qi)(qi)裝置包(bao)括減壓閥(fa)(fa)（10）、微(wei)(wei)漏(lou)閥(fa)(fa)（11）、真空計（12）、氣(qi)(qi)源(yuan)（13），其中(zhong)氣(qi)(qi)源(yuan)可供氮(dan)氣(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)、氬氣(qi)(qi)、甲烷和乙烯等(deng)氣(qi)(qi)體(ti)。減壓閥(fa)(fa)連接(jie)導(dao)氣(qi)(qi)管，導(dao)氣(qi)(qi)管連接(jie)微(wei)(wei)漏(lou)閥(fa)(fa)，通過微(wei)(wei)漏(lou)閥(fa)(fa)的精確調節，氣(qi)(qi)體(ti)進入主腔體(ti)a。

按上述方案，所述的抽氣裝置包括機械泵（14）、分(fen)子泵（15），分(fen)子泵通過(guo)cf接口與(yu)副腔(qiang)體b連(lian)接，另一(yi)端使用kf接口通過(guo)波紋管與(yu)機械泵連(lian)接。

按上述(shu)方案，所述(shu)的冷凝裝置由循(xun)環水(shui)機（16）、過濾裝置（17）組成，主要為主腔體a及(ji)分子(zi)泵(beng)降(jiang)溫。

按上述方案，所述的(de)(de)插板(ban)閥可以為手動、氣(qi)動、或電動插板(ban)閥，兩(liang)面分別通過cf接口與主腔體a和副腔體b相連，實現隔絕與串通兩(liang)個腔體的(de)(de)功能。

按上(shang)述方案，所述的硼氮蒸發源(yuan)為(wei)帕(pa)爾(er)(er)貼(tie)制冷器，通(tong)過帕(pa)爾(er)(er)貼(tie)原理實現硼氮源(yuan)的低溫存儲和使(shi)用，可在數分鐘(zhong)之內快速(su)降溫至-10℃。適用于常(chang)溫下為(wei)液體(ti)(ti)的蒸發溫度較(jiao)低的硼氮源(yuan)，如(ru)環(huan)硼氮烷等。硼氮蒸發源(yuan)通(tong)過三通(tong)接口可分別通(tong)入主腔體(ti)(ti)a和副(fu)腔體(ti)(ti)b中，流(liu)量通(tong)過微(wei)漏閥調(diao)節。

附圖說明：

圖1.本(ben)發明的(de)(de)實(shi)施例裝(zhuang)置的(de)(de)結構示意圖；

圖2.本(ben)發(fa)明(ming)的實施例裝置(zhi)的模型圖。

具體實施方式

下(xia)面將結(jie)合附圖和具(ju)體實施方式對本發明作(zuo)進(jin)一(yi)步的詳細說明。

作(zuo)為(wei)(wei)一個具體的實施例，如圖(tu)1所(suo)示，本發明的一種用(yong)(yong)于(yu)制備石(shi)墨烯(xi)、六(liu)角(jiao)氮(dan)(dan)化硼等薄膜材(cai)料的化學(xue)氣相沉積裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，包括兩個獨立的真空(kong)腔(qiang)體a和(he)b、加熱裝(zhuang)置(zhi)(zhi)、測溫(wen)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)、供(gong)氣裝(zhuang)置(zhi)(zhi)、抽(chou)氣裝(zhuang)置(zhi)(zhi)、冷凝裝(zhuang)置(zhi)(zhi)、插(cha)板閥及硼氮(dan)(dan)蒸發源(yuan)。其(qi)中真空(kong)腔(qiang)體a為(wei)(wei)主腔(qiang)體，用(yong)(yong)于(yu)六(liu)角(jiao)氮(dan)(dan)化硼/石(shi)墨烯(xi)復合薄膜的制備，真空(kong)腔(qiang)體b為(wei)(wei)副腔(qiang)體，用(yong)(yong)于(yu)硼氮(dan)(dan)源(yuan)的洗氣。

下面利用本實(shi)施(shi)例的(de)(de)裝置實(shi)現六角氮化硼(peng)、石墨烯(xi)及六角氮化硼(peng)/石墨烯(xi)復合薄膜的(de)(de)制備。

一、制備六角氮化(hua)硼薄膜

1.首先(xian)制作襯底，取尺寸(cun)合適的厚度為(wei)25μm的銅箔，用酒精、丙酮(tong)等有(you)機(ji)溶劑(ji)清洗(xi)表(biao)面污染物和氧(yang)化層；

2.將處理好(hao)的襯(chen)底置(zhi)于樣品臺上并擺放好(hao)k型熱(re)電偶的位(wei)置(zhi)，使(shi)熱(re)電偶和樣品表面良(liang)好(hao)接觸，然(ran)后通過傳動(dong)裝置(zhi)將樣品臺移動(dong)至(zhi)加(jia)熱(re)區；

3、依次打開插板閥和機械泵，待真空度降至5×10^-2mbar后打開分子泵，將主腔體a的氣壓抽至極限真空狀態，形成1～3×10^-6mbar的真空腔；

4、將樣品加熱至950℃，然后通入氫氣至2×10^-3mbar，在(zai)高溫條件下處(chu)理銅箔30分鐘；

5、關閉氫氣，打開微漏閥通入環硼氮烷至2×10^-5mbar，生長時間為10分鐘；

6、關閉(bi)(bi)加(jia)熱，關閉(bi)(bi)環硼氮(dan)烷，將樣品臺通(tong)過傳動裝置移出加(jia)熱區(qu)實現快速降溫。

二、制備石墨烯薄膜

1.首先制作襯底，取尺寸合適的(de)厚度為25μm的(de)銅箔，用酒精、丙酮等有機溶劑清洗表面污染物(wu)和氧化(hua)層；

2.將(jiang)處理好(hao)的(de)襯底置(zhi)于(yu)樣(yang)品臺上(shang)并擺放好(hao)k型熱(re)電(dian)偶的(de)位置(zhi)，使(shi)熱(re)電(dian)偶和(he)樣(yang)品表面良好(hao)接觸，然后通過傳動(dong)裝置(zhi)將(jiang)樣(yang)品臺移(yi)動(dong)至加熱(re)區；

3、依次打開插板閥和機械泵，待真空度降至5×10^-2mbar后打開分子泵，將主腔體a的氣壓抽至極限真空狀態，形成1～3×10^-6mbar的真空腔；

4、將樣品加熱至10000℃，然后通入氫氣至2×10^-3mbar，在(zai)高溫條(tiao)件下處理銅箔30分鐘；

5、關閉氫氣，打開微漏閥通入乙烯至2×10^-3mbar，生長時(shi)間為(wei)20分鐘(zhong)；

6、關閉(bi)加熱(re)，關閉(bi)乙(yi)烯，將樣品臺通(tong)過(guo)傳動裝置移(yi)出加熱(re)區(qu)實現快(kuai)速降溫。

三、制(zhi)備六角氮(dan)化硼(peng)/石墨烯復合薄(bo)膜

1、取尺寸合適的厚(hou)度為25μm的銅箔(bo)，用酒精、丙酮等有機溶劑清洗表面(mian)污染(ran)物和(he)氧化層(ceng)。然后(hou)通過磁控(kong)濺射在銅箔(bo)表面(mian)鍍上一層(ceng)厚(hou)度約為1μm的鎳；

2、將(jiang)處理好的(de)襯底置于(yu)樣(yang)品(pin)(pin)臺上(shang)并(bing)擺放好k型熱電(dian)偶的(de)位置，使(shi)熱電(dian)偶和樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)面良好接觸，然(ran)后通過傳動裝(zhuang)置將(jiang)樣(yang)品(pin)(pin)臺移(yi)動至加熱區；

3、依次打開插板閥和機械泵，待真空度降至5×10^-2mbar后打開分子泵，將主腔體a的氣壓抽至極限真空狀態，形成1～3×10^-6mbar的真空腔；

4、將樣品加熱至950℃，然后通入氫氣至2×10^-3mbar，在(zai)高(gao)溫條件下(xia)處理金(jin)屬襯底30分鐘，是銅和鎳形(xing)成均勻合(he)金(jin)；

5、關閉氫氣，打開微漏閥通入環硼氮烷至2×10^-5mbar，生長時間為10分鐘(zhong)；

6、關閉環硼(peng)氮烷，關閉加(jia)熱(re)，樣品自然降溫至室(shi)溫，使預先(xian)吸附在(zai)銅鎳(nie)合金(jin)中的碳原(yuan)子(zi)析出，在(zai)六角氮化硼(peng)和金(jin)屬襯底之間形成一(yi)層石墨烯，得到六角氮化硼(peng)/石墨烯復合薄膜。