[实用新型]一种二维材料制备装置

说明书

本实用新型提供了一种二维材料制备装置，属于二维材料制备的技术领域，包括石英管，所述石英管第一端和第二端设有开口分别用于进气和出气；固定加热装置，所述固定加热装置设于所述石英管上下两端，所述固定加热装置用来固定并加热所述石英管；石墨工件，所述石墨工件直径小于石英管管径并设于石英管底部，所述石墨工件中部设有贯通扁槽；排气机构，所述排气机构设于所述石英管第二端开口处，用于石英管内减压排气；控制机构，控制第一流速条件和第一温度条件，使得石墨工件贯通扁槽内流场和温场相比石墨工件外在空间分布上更为均匀。通过使用本实用新型提供的二维材料制备装置可以在石墨工件贯通扁槽内获得大面积且均匀生长的二维材料。

技术领域

本实用新型涉及二维材料制备领域，特别涉及一种二维材料制备装置。

背景技术

半导体材料和器件应用的发展趋势是小型化，而这种小型化的极致则趋向单原子层的二维材料。目前，二维材料是国际上材料界研究的热点。二维材料具有原子级的厚度、多样的组分组成、性质的层数依赖性。以MoS2为代表的单层二维过渡金属硫族化物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs)，不同于石墨烯的半金属性质，其具有直接带隙，是一种极有希望成为下一代半导体材料的新材料。此外二维材料中除了MoS2、WS2等通过范德瓦尔斯力堆垛的层状材料，还包含了非层状材料，这些非层状二维材料不是通过范德瓦尔斯力堆垛的。

现有技术中一般采用管式炉进行二维材料的制备，而在现有技术中，该二维材料制备方法可控性、稳定性往往较差，制得的材料往往面积较小，难以长薄，极容易长厚。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种二维材料制备装置及利用二维材料制备装置的二维材料制备方法，从而可控、可重复地生长均匀且比较薄的二维材料。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种二维材料制备方法，包括将前驱体置入石英管内，将生长衬底固定到石墨工件贯通扁槽内；载气以第一流速条件通入所述石英管并以第二流速条件经过石墨工件贯通扁槽到达石英管气流出口，所述第一流速条件为石墨工件贯通扁槽外载气流速，所述第二流速条件为石墨工件贯通扁槽内载气流速，所述第一流速条件大于所述第二流速条件；通过控制第一流速条件和第一温度条件，使得石墨工件贯通扁槽内流场和温场相比石墨工件外在空间分布上更为均匀，从而在石墨工件贯通扁槽内获得面积较大且均匀生长的二维材料，且可用于于制备一些较难长薄的二维材料和二维非层状材料。

可选的，所述第一流速条件为石英管气流入口到石墨工件第一端的区域内气体流速为0.01～0.45m/s；所述第一温度条件为石墨工件外的温度为0.3×10³～1.22×10³K。

可选的，所述第二流速条件为石墨工件贯通扁槽内部的气体流速为0.01～0.15m/s；第二温度条件为石墨工件贯通扁槽内部的温度为0.6×10³～1.2×10³K。

可选的，所述二维材料为层状过渡金属硫族化合物，前驱体用石英舟装载放在石墨工件贯通扁槽内部前端或镀在生长衬底上，硫源或硒源用石英舟装载放在石墨工件贯通扁槽内部前端，所述生长衬底位于石墨工件贯通扁槽中部。

可选的，所述层状过渡金属硫族化合物为MoS2，硫源和作为前驱体的MoO3分别用石英舟装载放在石墨工件贯通扁槽内部前端。

可选的，所述层状过渡金属硫族化合物为MoS2，硫源用石英舟装载放在石墨工件贯通扁槽内部前端，MoO3作为前驱体镀在生长衬底上。

可选的，所述二维材料为二维非层状材料，包括硫化镉，硒化锌、二维铁。

可选的，所述贯通扁槽的宽度高度比为5：1～20：1。

可选的，所述石英管的管径为2.54cm～11cm，所述石墨工件的直径为1.5cm～7cm。