[发明专利]一种直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置及方法

权利要求书

1.一种直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，包括气氛调节装置、石英管、加热装置和真空调节装置，其特征在于所述装置还包括快速切换装置，石英管的中段位于加热装置内部，石英管的左右两端设置有快速切换装置，所述快速切换装置包括切换杆、后端盖、前端盖、第一套筒、第二套筒、第一耐高温O型圈、第二耐高温O型圈和石英构件，其中：后端盖与前端盖相连，前端盖后端与后端盖前端之间设置有第二套筒和第二耐高温O型圈，第二套筒和第二耐高温O型圈套在石英管左右两端的外表面上；切换杆包括前驱物切换杆和基底切换杆，前驱物切换杆位于石英管左侧，其个数至少为两个，基底切换杆位于石英管右侧，其个数至少为一个，切换杆的一端经后端盖与位于石英管内部的石英构件相连，切换杆与后端盖之间设置有第一套筒和第一耐高温O型圈；位于石英管左端的后端盖上开有进气口，进气口与气氛调节装置相连，位于石英管右端的后端盖上开有出气口，出气口与真空调节装置相连。

2.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述后端盖与前端盖通过均布在圆周上的螺钉相连。

3.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述切换杆通过连接套筒和连接螺钉与石英构件相连接。

4.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述加热装置可以实现室温至1500℃范围内任意温度的精确控制，控温精度±0.1～0.5℃。

5.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述加热装置的升温速率和降温速率可分别独立设定为0.1～25℃/min。

6.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述气氛调节装置由气源、流量控制器和混气罐构成。

7.根据权利要求6所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述气源为甲烷、乙烯、乙炔、氩气、氮气、氦气、氢气、氨气中的一种或几种；流量控制器的量程为0～5000sccm，分辨力0.1～1sccm，控制精度±0.1～1.5％。

8.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述真空调节装置能达到的极限真空度为10^-4～1Pa，抽气速率1～50L/min。

9.根据权利要求1所述的直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置，其特征在于所述石英管的外径为10～300mm。

10.一种利用权利要求1-9任一权利要求所述装置直接生长原子尺度二维半导体异质结的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、根据需要制备的材料类型，确定前驱物切换杆和基底切换杆的个数，并将反应前驱物和反应基底分别放置在相应的石英构件上；

二、通过真空调节装置使石英管内空气尽量排除；

三、通过进气口通入一定流量的载气，利用气氛调节装置和真空调节装置保持石英管内压力在实验需要的值；

四、将与基底切换杆相连的石英构件位于反应基底加热温区，前驱物切换杆外拉，使与前驱物切换杆相连的石英构件离开反应前驱物加热温区，打开加热装置，设定反应前驱物和反应基底所需要的温度和保持时间，进行升温；

五、升温至设定的温度，移动第一个前驱物切换杆使石英构件到达反应前驱物加热温区，蒸发第一种前驱物生长第一种物质，反应至设定时间后，移动该切换杆使石英构件离开反应前驱物加热温区，结束第一种物质蒸发；

六、待加热装置的温度至设定温度，移动第二个前驱物切换杆使石英构件到达反应前驱物加热温区位置，蒸发第二种前驱物生长第二种物质，反应至设定时间后，移动该切换杆使石英构件离开反应前驱物加热温区，结束第二种物质蒸发，从而在第一种反应物质边缘或者表面外延生产出第二中物质，从而形成两种物质的异质结；

七、根据前驱物切换杆的数量重复步骤六；

八、结束反应，按设定降温速率降温至室温。