[发明专利]一种通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置及方法

权利要求书

1.一种通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，包括CVD反应室、反应气体管理 系统、排气管理系统及热源；所述CVD反应室顶部设置有反应气体入口管、底部设置有排气 管，反应气体管理系统连接反应气体入口管、排气管理系统连接排气管，所述热源围绕CVD 反应室设置，用于CVD反应室加热，其特征在于，所述CVD反应室底部还设有基板支撑、 顶部还设有成核控制器，所述成核控制器连接入口管、悬挂于基板支撑上方，成核控制器由 一石英管与一石英盘连接构成，所述石英管连接反应气体入口管，所述石英盘中心处开设有 成核孔。

2.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，其特征在于，所述成 核孔为一个圆孔或呈矩阵排列的若干个圆孔。

3.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，其特征在于，所述成 核孔的直径为0.0001～1毫米。

4.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，其特征在于，所述 CVD反应室顶部与反应气体入口管之间还设置有顶端适配器，所述CVD反应室底部与排气 管之间还设置有底端适配器。

5.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，其特征在于，所述反 应物气体管理系统由两个气体源构成，每个气体源均设有气体质量流量控制器。

6.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，其特征在于，所述排 气管理系统由依次设置的压力传感器、节流阀和真空泵构成。

7.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置，其特征在于，所述基 板支撑由三个石英棒与一石英盘焊接构成。

8.按权利要求1所述通过控制成核制备大面积石墨烯单晶的装置的制备方法，包括以下 步骤：

步骤1、将衬底置于CVD反应室基底支撑上，并将CVD反应室抽真空；

步骤2、将氢气以10～100sccm的流量通入CVD反应室中；

步骤3、将金属衬底加热至400℃～1050℃，保温1～60分钟，期间保持氢气流量；

步骤4、将氢气的流量减少至小于10sccm，并将甲烷气体以0.1～1sccm的流量通入CVD 反应室中，保持压力为1～10毫托，保持1～120秒；

步骤5、将甲烷气体的流量每分钟增加0.1～1sccm，其压力为1毫托～1托，保持1分钟 ～20小时至石墨烯单晶完全覆盖衬底表面；

步骤6、将甲烷气体流量减少至小于10sccm，待CVD反应室冷却至室温，将衬底取出。