CN110066989B - 二维材料的生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二维材料的生长装置，在生长管的左、右端部设有左封板与右封板，在生长管的在右封板上固定有导流后板与导流前板，在从上往下方向上，导流后板向前下方倾斜，导流前板向后下方倾斜；在生长管上开设有下插槽与上插槽，在下插槽下方的生长管内壁固定有气体阻隔板，在生长管上开设有生长管气孔，在下插槽内插装有下层插片，在气体阻隔板左侧的下层插片的上表面设有放置凹陷，在下层插片上开设有第一气孔与第二气孔，在上插槽内插装有生长板与排气板，在排气板上开设有排气板气孔，导流后板与导流前板设置在下插槽与上插槽之间。本发明使得生长出来的二维材料的重复性高、质量好且单层多层可控。

Description

二维材料的生长装置
技术领域
本发明涉及一种二维材料的生长装置，具体地说是一种高品质二维材料的生长装置。
背景技术
现在，市面上的普遍生长二维材料的做法是：系统有两个温区，左侧的低温区200℃并且舟里面放置固体硫粉，右侧的高温区的舟里面放三氧化钼然后盖上衬底硅片，然后通过可以控制Ar气流量来实现把低温区的硫蒸气导向三氧化钼处进行反应然后沉积在个硅片表面。这种生长装置的优点是结构简单，生长操作方便。而它的缺点是：经过实践下来生长出来的二硫化钼的重复性很差并不高，而且生长出来的二硫化钼的质量也不好，单层多层也不可控，不够稳定性。具体原因是：在左边高温区的时候硫蒸气和三氧化钼蒸气还没有来得急反应就被弄跑出来了，然后三氧化钼的气流也没有导流和向硅片方向的上扬力，也不能稀释反应腔的气体的浓度。
现有二硫化钼生长的反应腔体气体不能很好的沉积在硅片上，主要分析如下：硫蒸气从200度的低温区，通过Ar气带到到高温区的三氧化钼区域，然后两个蒸气在石英舟里面反应，反应出来的二氧化钼物质付托在硅片上，石英舟的右边没有封住也就是反应好的物质二硫化钼可能会从右边跑了，被真空泵抽气抽跑了，或者干脆从低温区过来的硫蒸气都没来得及和三氧化钼反应然后硫或者三氧化钼就跑出去了。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种使得生长出来的二维材料的重复性高、质量好、单层多层可控的高品质二维材料的生长装置。
按照本发明提供的技术方案，所述二维材料的生长装置，在生长管的左端部设有左封板，在生长管的右端部设有右封板，在右封板上固定有若干块导流后板与若干块导流前板，在从上往下方向上，导流后板向前下方倾斜，导流前板向后下方倾斜；在生长管上开设有下插槽与上插槽，在下插槽下方的生长管内壁固定有气体阻隔板，在生长管的上部管体上开设有生长管气孔，在下插槽内插装有下层插片，下层插片的下表面与气体阻隔板的上端面密封接触，所述左封板与右封板均封住下层插片上方的生长管的内孔，在气体阻隔板左侧的下层插片的上表面设有放置凹陷，在气体阻隔板左侧的下层插片上开设有第一气孔，在气体阻隔板右侧的下层插片上开设有第二气孔，在上插槽内插装有生长板与排气板，在排气板上开设有排气板气孔，排气板气孔的面积小于第一气孔与第二气孔的面积之和，导流后板与导流前板设置在下插槽与上插槽之间。
在生长板的左右两侧放置有排气板。
所述生长板设置在放置凹陷的正上方。
所述导流后板的上沿与生长板的下表面以及排气板的下表面接触；导流前板的上沿与生长板的下表面以及排气板的下表面接触。
在从后往前的方向上，所有导流后板的下端部呈逐渐增高且逐渐靠前设置；在从前往后的方向上，所有导流前板的下端部呈逐渐增高且逐渐靠后设置。
相邻两块导流后板所在斜面呈平行设置，相邻两块导流前板所在斜面呈平行设置。
所述导流后板与导流前板呈前后对称设置。
在所述右封板的左端面上开设有与生长板或者排气板相配合的卡槽。
本发明使得生长出来的二维材料的重复性高、质量好且单层多层可控。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中生长管的结构示意图。
图3是本发明中下层插片的结构示意图。
图4是本发明中生长板的结构示意图。
图5是本发明中排气板的结构示意图。
图6是本发明中导流后板与导流前板的结构示意图。
图7是本发明的立体图之一。
图8是本发明的立体图之二。
实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的高品质二维材料的生长装置，在生长管1的左端部设有左封板11，在生长管1的右端部设有右封板12，在右封板12上固定有若干块导流后板31与若干块导流前板32，在从上往下方向上，导流后板31向前下方倾斜，导流前板32向后下方倾斜；在生长管1上开设有下插槽13与上插槽14，在下插槽13下方的生长管1内壁固定有气体阻隔板15，在生长管1的上部管体上开设有生长管气孔16，在下插槽13内插装有下层插片2，下层插片2的下表面与气体阻隔板15的上端面密封接触，所述左封板11与右封板12均封住下层插片2上方的生长管1的内孔，在气体阻隔板15左侧的下层插片2的上表面设有放置凹陷21，在气体阻隔板15左侧的下层插片2上开设有第一气孔22，在气体阻隔板15右侧的下层插片2上开设有第二气孔23，在上插槽14内插装有生长板4与排气板5，在排气板5上开设有排气板气孔51，导流后板31与导流前板32设置在下插槽13与上插槽14之间。
在生长板4左右两侧的导流板上均放置有排气板5。
所述生长板4设置在放置凹陷21的正上方。
所述导流后板31的上沿与生长板4的下表面以及排气板5的下表面接触；导流前板32的上沿与生长板4的下表面以及排气板5的下表面接触。
在从后往前的方向上，所有导流后板31的下端部呈逐渐增高且逐渐靠前设置；在从前往后的方向上，所有导流前板32的下端部呈逐渐增高且逐渐靠后设置。
相邻两块导流后板31所在斜面呈平行设置，相邻两块导流前板32所在斜面呈平行设置。
所述导流后板31与导流前板32呈前后对称设置。
在所述右封板12的左端面上开设有与生长板4或者排气板5相配合的卡槽。
本发明中，所有的部件均由石英材质制成，便于高温条件下来进行生长。不会和生长源有所反应。下面具体以生长二硫化钼说明本发明的工作原理。
如图1高温区所示，在图1上可以看到，位于下层插片2下方的生长管1的管腔被气体阻隔板15隔开而形成左右两个腔室，左侧腔室是进硫蒸气的腔室，右侧腔室是进氩气的腔室。下层插片2与生长板4之间的生长管1的管腔是反应腔（是硫和三氧化钼进行反应的反应空间，它相对来说是密闭的空间）。生长板4上方的生长管1的管腔是排气腔，气体最终通过生长管气孔16排出。
工作时，先将三氧化钼6放在下层插片2的放置凹陷21内，然后将下层插片2插在下插槽13内。将一块排气板5插在上插槽14的最内端，再将一块生长板4插在上插槽14内，最后将卡在右封板12上的一块排气板5插入上插槽14，由于导流后板31与导流前板32均固定在右封板12上，在插入第二块排气板5时，导流后板31与导流前板32也一起插进了生长板4内，导流后板31的上沿、导流前板32的上沿与一块生长板4与两块排气板5的下表面接触。
左封板11密封下层插片2上方的生长管1的内孔，右封板12密封下层插片2上方的生长管1的内孔，使得生长管1有了相对密封的空间。硫蒸气从左封板11下方进入后被气体阻隔板15阻挡，迫使硫蒸气只能通过第一气孔22上升并进入反应腔，三氧化钼受热后蒸气也进入反应腔内，然后在这个反应腔里面三氧化钼与硫蒸气进行反应。由于排气板气孔51的面积小于第一气孔22与第二气孔23的面积之和，再加上反应腔内具有导流后板31与导流前板32的缘故，反应腔内的气体一直都处于饱和状态，而不会出现如现有技术那样由于气体进腔跑的太快或许还没来得及碰撞，导致没有反应而失败的现象。本发明采用这样的结构就会给硫蒸气和三氧化钼蒸气有充分的时间和空间来碰撞和反应。
本发明设置了导流后板31与导流前板32，导流后板31与导流前板32配合形成“V”字形导流结构，这样的导流机构会使气体沿着导流后板31的壁面与导流前板32的壁面升上去，这样对气体的引导和接触生长板4是有帮助的。
本发明中，右封板12下方可以通入惰性气体（如Ar气），惰性气体的进入可以稀释反应腔里面反应气体的浓度，通过可以控制惰性气体的流量来实现。

Claims (8)

1.一种二维材料的生长装置，其特征是：在生长管（1）的左端部设有左封板（11），在生长管（1）的右端部设有右封板（12），在右封板（12）上固定有若干块导流后板（31）与若干块导流前板（32），在从上往下方向上，导流后板（31）向前下方倾斜，导流前板（32）向后下方倾斜；在生长管（1）上开设有下插槽（13）与上插槽（14），在下插槽（13）下方的生长管（1）内壁固定有气体阻隔板（15），在生长管（1）的上部管体上开设有生长管气孔（16），在下插槽（13）内插装有下层插片（2），下层插片（2）的下表面与气体阻隔板（15）的上端面密封接触，所述左封板（11）与右封板（12）均封住下层插片（2）上方的生长管（1）的内孔，在气体阻隔板（15）左侧的下层插片（2）的上表面设有放置凹陷（21），在气体阻隔板（15）左侧的下层插片（2）上开设有第一气孔（22），在气体阻隔板（15）右侧的下层插片（2）上开设有第二气孔（23），在上插槽（14）内插装有生长板（4）与排气板（5），在排气板（5）上开设有排气板气孔（51），排气板气孔（51）的面积小于第一气孔（22）与第二气孔（23）的面积之和，导流后板（31）与导流前板（32）设置在下插槽（13）与上插槽（14）之间。
2.如权利要求1所述的二维材料的生长装置，其特征是：在生长板（4）的左右两侧放置有排气板（5）。
3.如权利要求1或2所述的二维材料的生长装置，其特征是：所述生长板（4）设置在放置凹陷（21）的正上方。
4.如权利要求1所述的二维材料的生长装置，其特征是：所述导流后板（31）的上沿与生长板（4）的下表面以及排气板（5）的下表面接触；导流前板（32）的上沿与生长板（4）的下表面以及排气板（5）的下表面接触。
5.如权利要求1所述的二维材料的生长装置，其特征是：在从后往前的方向上，所有导流后板（31）的下端部呈逐渐增高且逐渐靠前设置；在从前往后的方向上，所有导流前板（32）的下端部呈逐渐增高且逐渐靠后设置。
6.如权利要求1或5所述的二维材料的生长装置，其特征是：相邻两块导流后板（31）所在斜面呈平行设置，相邻两块导流前板（32）所在斜面呈平行设置。
7.如权利要求6所述的二维材料的生长装置，其特征是：所述导流后板（31）与导流前板（32）呈前后对称设置。
8.如权利要求1所述的二维材料的生长装置，其特征是：在所述右封板（12）的左端面上开设有与生长板（4）或者排气板（5）相配合的卡槽。
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