[发明专利]一种管式炉及利用该管式炉制备石墨烯/六方氮化硼异质结的方法

权利要求书

1.一种管式炉，其特征在于：包括炉体(1)和炉管(2)，所述炉体(1)内部两端分别设置有第一加热单元(11)和第二加热单元(12)，所述炉管(2)从第一加热单元(11)和第二加热单元(12)中穿过，并从所述炉体(1)中伸出，其一端通过流量计(3)与气源连通，另一端与真空泵(4)连通；所述炉管(2)包括内管(22)和外管(21)，所述内管(22)和外管(21)均为中空管，且内管(22)位于外管(21)内部，内管(22)与外管(21)之间形成气体通道；所述内管(22)内部一端放置有石英舟(23)，另一端开设有用于安置基底的通孔(24)，所述石英舟(23)和通孔(24)分别正对所述第一加热单元(11)和第二加热单元(12)。

2.采用权利要求1所述管式炉制备石墨烯/六方氮化硼异质结的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1:将经过抛光处理的铜箔放置在管式炉内管上的通孔处，并对其进行退火处理；

S2:控制铜箔温度大于1000℃，向内管中通入扩散气体，并加热置于石英舟内的氮硼源使其分解，扩散气体带动分解后的氮硼源扩散至铜箔，在铜箔下表面裂解形成六方氮化硼薄膜；

S3:在获得连续的氮化硼薄膜后，保持内管中通入的气体和铜箔温度不变，向外管中通入碳源，碳源在铜箔表面裂解形成石墨烯层，并通过铜箔扩散至另一侧，在铜箔与六方氮化硼薄膜之间形成背底石墨烯；待铜箔上表面石墨烯层不再生长时，停止加热并将铜箔快速冷却至室温，完成异质结的制备。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，铜箔退火处理的具体方法为：将铜箔放置在通孔处，并将炉管抽至本底真空值为0.25～0.3pa，然后向内管中通入Ar和H₂的混合气体，向外管中通入Ar或H₂，并在0.5～1h内将铜箔的温度升至1010～1060℃，保温0.5～3h，再退火20～30min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：内管中Ar的流量为50～400sccm，H₂的流量为5～60sccm；外管中Ar或H₂的流量为10～100sccm。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，形成六方氮化硼薄膜的方法为：铜箔退火后，将其加热至1010～1060℃，向内管中通入1～15sccm的H₂和10～100sccm的Ar，向外管中通入10～100sccm的Ar，将石英舟加热至60～130℃，使其内部的氮硼源分解，分解后的氮硼源随通入的H₂和Ar一起向铜箔扩散，并在铜箔上裂解、沉积，形成六方氮化硼薄膜。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氮硼源为硼烷氨络合物，其分解温度为120℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：铜箔温度为1050℃，内管中H₂的流量均为10sccm，Ar的流量为50sccm，外管中Ar的流量为50sccm。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，石墨烯层与背底石墨烯形成的方法为：通入氮硼源0.5～2h后，保持铜箔温度为1010～1060℃，在内管中继续通入氮硼源，向外管中通入10～100sccm的CH₄和10～100sccm的H₂；通入CH₄ 30～90min后停止加热，并在0.5～1h内将铜箔温度降至室温，铜箔上表面形成石墨烯层，铜箔下表面与六方氮化硼薄膜之间形成背底石墨烯。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：铜箔温度为1050℃，通入的CH₄和H₂的流量均为50sccm。