[发明专利]星型微波等离子体化学气相沉积装置及制备大面积一层或少层二硫化钼薄膜的方法

说明书

本发明涉及低压化学气相沉积制备技术领域，具体涉及一种星型微波等离子体化学气相沉积装置及制备大面积一层或少层二硫化钼薄膜的方法。该方法包括：a)对各基片进行预清洁处理并置于石英腔体中；b)称取反应物并分别放置于第一原料载台上和第二原料载台上；c)对星型微波等离子体化学气相沉积装置进行抽真空处理；d)对星型微波等离子体化学气相沉积装置进行洗气；e)调节气体流量、反应压强、反应温度、加热速率、沉积时间，进行反应，在各基片上即得一层或少层二硫化钼薄膜。本发明制备的薄膜可同时满足大面积、层数可控、高迁移率等特性要求，对于大面积一层和少层可控薄膜的制备可控，可用于工业化大批量生产。

技术领域

本发明涉及低压化学气相沉积制备技术领域，具体涉及一种星型微波等离子体化学气相沉积装置及制备大面积一层或少层二硫化钼薄膜的方法。

背景技术

二十一世纪以来，二维材料具有诸多令人瞩目的物理、化学性质，因此成为目前国际材料科学研究的前沿焦点，其中过渡金属硫化物更是其中的佼佼者。二硫化钼是过渡金属硫化物中的一种，层状二硫化钼的禁带宽度会随着层数的减少而增大，其禁带宽度从块体材料的1.2eV逐渐增加到单层二硫化钼的1.8eV，这使二硫化钼由间接带隙半导体转变为变成直接带隙半导体。同时，单层二硫化钼薄膜具有大的比表面积、边缘处结构复杂、不饱和键多、催化活性位点多等特性，因此在半导体领域有着巨大的应用前景。

其工业应用中最需迫切解决的问题之一是找出一种高效，低成本的方法来合成能够高效传输的晶圆级TMDC薄膜。工业化生产以二硫化钼为膜层的薄膜器件，需先完成高质量、大面积二硫化钼薄膜的制备，然后通过转移技术将薄膜与器件相复合。目前制备二硫化钼薄膜的方法主要分为机械法、液相法、物理气相沉积法和化学气相沉积法。这些方法制备的薄膜很难同时满足大面积、层数可控、高迁移率等特性要求，因此，对于大面积一层和少层可控薄膜的制备依然函待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效且大面积生长一层和少层二硫化钼薄膜的方法，利用星型微波等离子体化学气相沉积装置的结构优势和等离子体的高活性，微波源产生大容积均匀的等离子体，能够在低气压下工作，这对要求高密度活性粒子的薄膜沉积十分有帮助，实现了对大面积一层和少层二硫化钼薄膜的制备方法。

本发明所提供的技术方案如下：

一种星型微波等离子体化学气相沉积装置，包括：

水平设置的管状的石英腔体，所述石英腔体的一端设置有连通口，所述石英腔体的另一端设置有观察窗，在所述石英腔体内自所述连通口向所述观察窗的方向依次设置有第一原料载台、第二原料载台和若干基片；

连通所述石英腔体的连通口的进气管；

分别连通所述进气管的气体流量计，在各所述气体流量计和所述进气管之间的管路上设置有一个截止阀，各所述气体流量计连通惰性气体气瓶；

在各所述基片和所述观察窗之间连通所述石英腔体的波纹管，所述波纹管设置有微调阀；

连通所述波纹管的真空泵，在所述微调阀和所述真空泵之间的管路上设置有一个主阀；

套设在所述石英腔体外的谐振腔，在所述谐振腔的外壁上沿着所述谐振腔的长度方向设置有若干微波源；

以及固定所述石英腔体和所述谐振腔的装置外壁。