一种CDV法二维材料快速生长设备及工艺流程的制作方法

本发明涉及二维材料生长，尤其涉及一种cdv法二维材料快速生长设备及工艺流程。

背景技术：

1、二维材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱，目前，二维材料在集成电路上具有非常好的应用前景。现有的二维材料生长时间较长、且质量不佳。为此设计一种cdv法二维材料快速生长设备及工艺流程，实现了二维材料的快速生长，且得到的二维材料质量佳。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种cdv法二维材料快速生长设备及工艺流程，实现了二维材料的快速生长，且得到的二维材料质量佳。

2、本发明提供的一种cdv法二维材料快速生长设备，包括支架、管式炉机构、投料室、取放样机构、升降机构、真空泵、工艺气源和控制器；

3、所述管式炉机构设置于所述支架的顶部；

4、所述管式炉机构的两端对称的设置有所述投料室，所述投料室通过波纹管与所述管式炉机构相连，所述投料室与波纹管之间设置有插板阀，所述投料室设置有箱门，所述管式炉机构固定设置有与所述投料室一一对应的料座；

5、所述投料室远离所述管式炉机构的一侧密封连接有所述取放样机构，所述取放样机构伸入所述投料室内，用于将托架穿过所述波纹管放置到对应的所述料座上以及将所述托架从料座上取下带回至所述投料室；

6、所述投料室和与其相连的取放样机构的下方设置有所述升降机构，用于驱动所述投料室和与其相连的取放样机构一同升降以辅助完成所述托架的取放；

7、所述真空泵通过高压管路分别与所述管式炉机构和投料室相连；

8、所述工艺气源通过流量调节阀和流量计与所述管式炉机构相连；

9、所述管式炉机构、插板阀、取放样机构、升降机构、真空泵、流量调节阀和流量计均与所述控制器电连接。

10、进一步的，所述管式炉机构包括管式炉主体，所述管式炉主体内设置有石英管，所述石英管内沿其轴向固定设置有支撑梁，两个所述料座均固定设置于所述支撑梁上。

11、进一步的，所述管式炉机构的下方设置有位置调节机构；所述位置调节机构包括固定设置于所述支架上位于所述管式炉主体下方的两根平行的轨道杆，所述轨道杆平行于所述石英管的轴线，所述管式炉主体的底部固定设置有第一支撑座，所述第一支撑座通过第一滑块分别与两根所述轨道杆滑动连接。

12、进一步的，所述管式炉主体的两端分别设置有防护板，所述防护板固定连接有第二支撑座，所述第二支撑座通过第二滑块分别与两根所述轨道杆滑动连接。

13、进一步的，所述投料室包括箱体，所述箱门设置于所述箱体的正面，所述箱门的一侧与箱体转动连接，另一侧与箱体之间设置有锁扣，所述箱门与箱体之间设置有密封圈，所述箱体的顶部设置有压力表、电阻规和泄压阀；所述波纹管与插板阀之间设置有薄膜规，所述电阻规、泄压阀、薄膜规均与所述控制器电连接。

14、进一步的，所述取放样机构包括第一直线电机，所述第一直线电机传动连接有取样杆，所述取样杆的一端伸入所述投料室内并固定连接有样叉；所述托架的底部对应所述样叉设置有嵌槽；所述料座的顶部对应所述样叉设置有避让槽。

15、进一步的，所述升降机构包括第三支撑座，所述第三支撑座的底部固定设置有呈矩形分布的四个导向套，所述导向套均滑动连接有导向杆，所述导向杆的底端与所述支架固定连接，所述支架上位于所述第三支撑座的下方固定设置有第二直线电机，所述第二直线电机传动连接有竖直的升降杆，所述升降杆的顶端与所述第三支撑座固定连接。

16、进一步的，所述投料室通过第一高压管路与所述真空泵相连，所述第一高压管路上设置有第一控制阀；

17、所述支架上设置有液氮瓶，所述液氮瓶内固定设置有冷却管，所述波纹管通过第二高压管路与所述冷却管的一端相连，所述冷却管的另一端通过第三高压管路与所述真空泵相连，所述第三高压管路上设置有第二控制阀；所述第一控制阀和第二控制阀均与所述控制器电连接。

18、进一步的，所述工艺气源包括h2气源、ar气源、o2气源和ch4气源，所述h2气源、ar气源、o2气源和ch4气源分别通过软管与所述波纹管相连，各根所述软管上分别设置有流量调节阀和流量计。

19、另，本发明还提供了一种采用上述的cdv法二维材料快速生长设备的工艺流程，包括如下步骤：

20、1)将基片衬底放置到一个投料室内的取放样机构上的托架上，将前驱体放置到另一个投料室内的取放样机构上的托架上；

21、2)打开插板阀，启动真空泵，对投料室和管式炉机构内抽真空；

22、3)通过取放样机构分别将两个托架放置到管式炉机构内的对应的料座上，取放样机构复位；当投料室和管式炉机构内的压力达到0.8-1.5pa时，关闭插板阀；

23、4)开启管式炉机构，加热至850-900℃；

24、5)通过工艺气源按第一预设流量向管式炉机构内充入多种工艺气，并通过真空泵对管式炉机构抽真空，使管式炉机构内的压力保持在500-10000pa，此时前驱体挥发并在基片衬底上进行膜层沉积；

25、6)膜层沉积完毕后，工艺气源停止充气、真空泵停止抽真空、管式炉机构停止加热；

26、7)通过工艺气源按第二预设流量向管式炉机构内充入一种工艺气，打开真空泵对管式炉机构内进行吹扫，一段时间后停止吹扫；

27、8)调节管式炉机构与投料室内的压差，当压差≤3000pa后，打开插板阀，通过取放样机构将托架从料座上取下并带回至投料室内；然后关闭插板阀，当投料室内的温度降至常温后，投料室泄压，将基片衬底取出，完成二维材料快速生长。

28、相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：

29、本发明通过化学气象沉积(cvd)方法在高温、高压和特定气氛下，使前驱体气体在基片衬底表面沉积成薄层二维材料，实现了二维材料的快速生长，且得到的二维材料质量佳。

30、应当理解，技术实现要素：部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，包括支架(1)、管式炉机构(2)、投料室(3)、取放样机构(4)、升降机构(5)、真空泵(6)、工艺气源(7)和控制器(8)；

2.根据权利要求1所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述管式炉机构(2)包括管式炉主体(21)，所述管式炉主体(21)内设置有石英管(22)，所述石英管(22)内沿其轴向固定设置有支撑梁(23)，两个所述料座(24)均固定设置于所述支撑梁(23)上。

3.根据权利要求2所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述管式炉机构(2)的下方设置有位置调节机构(9)；所述位置调节机构(9)包括固定设置于所述支架(1)上位于所述管式炉主体(21)下方的两根平行的轨道杆(91)，所述轨道杆(91)平行于所述石英管(22)的轴线，所述管式炉主体(21)的底部固定设置有第一支撑座(92)，所述第一支撑座(92)通过第一滑块(93)分别与两根所述轨道杆(91)滑动连接。

4.根据权利要求3所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述管式炉主体(21)的两端分别设置有防护板(25)，所述防护板(25)固定连接有第二支撑座(26)，所述第二支撑座(26)通过第二滑块(27)分别与两根所述轨道杆(91)滑动连接。

5.根据权利要求2所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述投料室(3)包括箱体(34)，所述箱门(33)设置于所述箱体(34)的正面，所述箱门(33)的一侧与箱体(34)转动连接，另一侧与箱体(34)之间设置有锁扣(35)，所述箱门(33)与箱体(34)之间设置有密封圈，所述箱体(34)的顶部设置有压力表(36)、电阻规(37)和泄压阀(38)；所述波纹管(31)与插板阀(32)之间设置有薄膜规(39)，所述电阻规(37)、泄压阀(38)、薄膜规(39)均与所述控制器(8)电连接。

6.根据权利要求2所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述取放样机构(4)包括第一直线电机(41)，所述第一直线电机(41)传动连接有取样杆(42)，所述取样杆(42)的一端伸入所述投料室(3)内并固定连接有样叉(43)；所述托架(44)的底部对应所述样叉(43)设置有嵌槽(45)；所述料座(24)的顶部对应所述样叉(43)设置有避让槽(28)。

7.根据权利要求6所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述升降机构(5)包括第三支撑座(51)，所述第三支撑座(51)的底部固定设置有呈矩形分布的四个导向套(52)，所述导向套(52)均滑动连接有导向杆(53)，所述导向杆(53)的底端与所述支架(1)固定连接，所述支架(1)上位于所述第三支撑座(51)的下方固定设置有第二直线电机(54)，所述第二直线电机(54)传动连接有竖直的升降杆(55)，所述升降杆(55)的顶端与所述第三支撑座(51)固定连接。

8.根据权利要求2所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述投料室(3)通过第一高压管路(61)与所述真空泵(6)相连，所述第一高压管路(61)上设置有第一控制阀(62)；

9.根据权利要求2所述的cdv法二维材料快速生长设备，其特征在于，所述工艺气源(7)包括h2气源、ar气源、o2气源和ch4气源，所述h2气源、ar气源、o2气源和ch4气源分别通过软管与所述波纹管相连，各根所述软管上分别设置有流量调节阀(71)和流量计(72)。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的cdv法二维材料快速生长设备的工艺流程，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种CDV法二维材料快速生长设备及工艺流程，快速生长设备包括支架、管式炉机构、投料室、取放样机构、升降机构、真空泵、工艺气源和控制器。本发明实现了二维材料的快速生长，且得到的二维材料质量佳。技术研发人员：李鹏受保护的技术使用者：北京中科科美科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14