[发明专利]一种快速连续制备超大单晶薄膜的方法及装置

权利要求书

1.一种快速连续制备超大单晶薄膜的方法，其特征在于，采用局部高温加热，并在非熔融状态下利用高温驱动单个小晶畴或成核位点长大的方法，直接或在耐高温衬底表面快速生长出高质量超大单晶薄膜，其中，局域高温加热区的宽度为0.005—5cm；所述方法在带有局域高温加热装置的化学或物理气相沉积系统中进行，在化学或物理气相沉积系统局域高温加热区两端设置转动装置；所述系统包括局域高温加热区前端、局域高温加热区和局域高温加热区后端，所述转动装置包括位于局域高温加热区前端的10个第一转轮和位于局域高温加热区后端的10个第二转轮；局域高温加热区前端和后端的温度为20～50℃，局域高温加热区的温度为300～1400℃；在局域高温加热区中设置耐高温隔离支架，其层数与第一转轮或第二转轮的个数一致；

所述方法包括如下步骤：

(一)、将原材料或所需耐高温衬底放在耐高温隔离支架中，置于局部高温加热装置上，放入化学或物理气相沉积设备中，通入Ar或N₂，流量为300sccm及以上，然后开始升温，升温过程持续1～15min；

(二)、温度迅速升至所需生长温度300～1400℃时，惰性气体流量保持不变，同时通入适当流量所需气体，开始生长过程；

(三)、生长过程中同时控制驱动装置缓慢转动两端转轮，使1个以上的原材料或所需耐高温衬底同时从局部高温加热区通过，进行持续生长过程；

(四)、生长结束后，关闭加热电源，停止通入其他气体，仅通入保护气体，自然冷却至室温，在转动轮一端上或其上的耐高温衬底表面上生长出高质量超大单晶膜，即完成连续制备超大单晶薄膜；

其中，步骤三中局部高温加热促使单个小晶畴或成核位点长大来阻止其他晶畴或成核位点生长并吞噬之，保证只有一个晶畴或成核位点长大，所制备的超大单晶薄膜只有一个晶畴。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部高温加热的方法包括但不限于电阻丝加热、电磁感应加热、聚光加热、激光加热、火焰加热以及微波加热。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超大单晶薄膜的材料包括但不限于金、银、铜、铂、钨、铁、铬、钴、镍金属及其合金，石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫族化合物、及三五族化合物的二维材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物为二硫化钼、二硒化钼、二碲化钼、二硫化钨、二硒化钨或二碲化钨；所述三五族化合物为氮化镓或磷化铟。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一、二和三中升温及生长过程均在常压条件下进行。