[发明专利]一种化学气相沉积装置与方法

说明书

本发明提供了一种化学气相沉积装置，包括反应腔体、阴极、阳极、电源、反应衬底、机械泵、加热装置和冷却装置；本申请还提供了利用化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法。本发明在化学气相沉积反应中直接采用直流辉光引入等离子体，一方面可以大幅提高化学气相沉积的效率，降低反应温度，降低成本，提高品质等；另一方面利用直流辉光产生等离子体既直接作用于反应区域，成本又低。因此本发明不仅适合于研究化学气相反应的机制，也适用于大规模生产，特别是石墨烯的生产。

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，尤其涉及一种化学气相沉积装置与方法。

背景技术

化学气相沉积法(CVD)是一种利用化学反应，将气体或者固/液态源气化反应生成所需产物，一般需要在真空环境和一定温度下进行，产物一般会沉积在特定衬底上。经过多年的发展，CVD方法不仅是一种非常重要的科学研究手段，也已经在工业化生产方面有了一定的规模；特别是近年来在石墨烯的生长方面，是高品质石墨烯生产非常重要的一种方法。

CVD法的反应源需要经过分解，其中加热分解是最常用的方法，但很多反应源需要加热到很高的温度(比如高于1000℃)才能分解，而且分解效率较低，因此普通CVD方法的效率较低，成本较高。为了提高效率，有人在化学气相沉积的过程中引入了等离子体来提高气体的分解效率，可以大大提高产品生长速率，有些产品还能降低生长温度。产生等离子体的方法有很多种，比如高温、高电压、微波、等离子体枪等等。

虽然等离子体可以有效增强化学气相沉积的效率，但是等离子体的产生也会增加新的成本，目前尚未见到有一种低成本高效率的等离子体增强化学气相沉积的设备与方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种化学气相沉积装置，该装置可以高效低成本实现化学气相沉积。

有鉴于此，本申请提供了一种化学气相沉积装置，包括反应腔体、阴极、阳极、电源、反应衬底、机械泵、加热装置和冷却装置；

所述阴极、所述阳极和所述反应衬底设置于所述反应腔体内；所述阴极和所述阳极用于产生等离子体，所述阴极与所述阳极相对设置，所述反应衬底设置于所述阴极和所述阳极之间；

所述电源与所述阴极、所述阳极相连接；

所述机械泵与所述反应腔体相连接；

所述加热装置用于加热所述反应腔体；

所述冷却装置用于冷却反应腔体。

优选的，所述阴极和所述阳极均为内部中空的结构。

优选的，所述加热装置为设置于所述反应腔体外的加热丝或加热套，或设置于反应腔体内部。

优选的，所述冷却装置为外绕于所述反应腔体的铜管。

优选的，所述化学气相沉积装置还设置有用于测量反应衬底温度的红外测温仪或热电偶。

优选的，所述反应腔体为金属管道或非金属管道。

优选的，所述反应衬底为硅片、蓝宝石、镍箔、铜箔或反应腔体自身。

本申请还提供了利用所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，包括以下步骤：

将反应腔体抽真空和加热，通入反应气氛后施加电压以产生等离子体，再通入反应源进行化学气相沉积。

优选的，所述反应源为气体反应源、固态反应源或液态反应源，所述气体反应源为甲烷、乙烷或乙烯；所述反应气氛为氢气、氩气或氧气。

优选的，所述化学气相沉积的产物为石墨稀、硫化钼、硫化钨或磷。