CN113327866B - 二维器件真空制备系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二维器件真空制备系统及其方法。所述二维器件真空制备系统包括：预抽真空单元，用于传递二维材料，并包括用于进行抽真空的第一抽气装置；器件制备单元，能够与所述预抽真空单元相连通或断开，用于解离所述二维材料，并包括用于进行抽真空的第二抽气装置；电极蒸镀和薄膜生长单元，能够与所述器件制备单元相连通或断开，用于制作二维器件的电极，并包括用于进行抽真空的第三抽气装置；监控单元，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行实时观察；以及自动化控制单元，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及二维材料技术领域，具体涉及一种二维器件真空制备系统及其方法。
背景技术
二维材料因其特殊的物理特性而引起广泛的关注，不同应用中的关键特性都被很大程度地提升。二维材料独特的光电特性或许会在高效、宽带、柔性、透明、低功耗等方面的新一代的器件发挥独特作用，因此促使了大量相关的研究。二维材料的其它物理性质比如磁性、铁电特性以及超导电性，也会在新型应用器件和量子器件研制方面起到重要作用。此外，从绝缘体氮化硼，半导体过渡金属硫化物，到金属特性的石墨烯，它们各种堆叠和排列的组合，展示了二维材料特性的多样性，或许会带来科学上的重要发现。
二维器件指应用二维材料所制备的半导体器件，例如自旋电子器件等等。现有二维器件的制备流程主要是借鉴硅基半导体工艺，需要采用刻蚀和蒸镀工艺。不同之处主要在于，二维材料的产生主要是由″自上而下″的解离方法得到的。主要步骤包括：使用胶带在大气环境或者手套箱环境中解离晶体材料得到单层或者薄层二维片层并将其转移到硅片上；使用金相显微镜找到几十微米大小和合适厚度的二维材料片层；应用电子束刻蚀工艺和反应离子刻蚀工艺将不规则的二维片层刻蚀成特定的形状；应用电子束刻蚀工艺和电子束蒸镀工艺制备金属电极。以手套箱环境制备样品为例，现有的制备系统主要包括：手套箱；放置在手套箱中的金相显微镜；放置在手套箱中的掩模版对准系统；以及放置在手套箱中的热蒸镀系统。主要操作方式是实验员将手伸入手套箱进行操作。
现有技术的主要缺点在于：1.解离二维材料的过程中，会有大量气体分子吸附到二维材料表面而使器件性能下降；2.大气或者手套箱环境会使活泼的二维材料变质，可能使得制备出器件失效；3.在大气或者手套箱环境中制备的器件可能在界面束缚很多的杂质，从而影响器件性能；4.现有的薄膜蒸镀技术需要使用电子束胶，电子束胶难以完全清除，导致器件性能下降，金属接触变差。5.现有的二维器件制备过程需要大量的手工操作，难以实现自动化。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种二维器件真空制备系统及其方法，通过在真空环境中制备二维器件，能够最大程度地避免样品变质。
根据本发明的第一个方面，提供一种二维器件真空制备系统。所述二维器件真空制备系统包括：预抽真空单元，用于传递二维材料；器件制备单元，能够与所述预抽真空单元相连通或断开，用于解离所述二维材料；电极蒸镀和薄膜生长单元，能够与所述器件制备单元相连通或断开，用于制作二维器件的电极；监控单元，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行实时观察；以及自动化控制单元，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行控制。
其中，所述预抽真空单元包括用于对所述预抽真空单元内进行抽真空的第一抽气装置，所述器件制备单元包括用于对所述器件制备单元内进行抽真空的第二抽气装置，所述电极蒸镀和薄膜生长单元包括用于对所述电极蒸镀和薄膜生长单元内进行抽真空的第三抽气装置。
可选地，所述预抽真空单元包括限定预抽真空腔体的预抽真空壳体、以及设置在所述预抽真空壳体上的样品架、传样杆和视窗，所述第一抽气装置为分子泵，用于对所述预抽真空腔体进行抽真空，所述样品架用于支撑放置样品的样品托，所述传样杆用于将放置有样品的样品托传送到所述器件制备单元，所述视窗用于对所述预抽真空腔体内部进行观察。
可选地，所述预抽真空单元还包括设置在所述预抽真空壳体上的烘烤光源和全量程真空规，所述烘烤光源用于对所述预抽真空腔体内进行烘烤除气，所述全量程真空规用于监测所述预抽真空腔体内的气压。
可选地，所述器件制备单元包括限定器件制备腔体的器件制备壳体、设置在所述器件制备壳体上的样品架、机械手、加热器、液氮冷台、视窗、以及解离转移装置，所述第二抽气装置为离子泵，用于对所述器件制备腔体进行抽真空，所述样品架用于支撑放置样品的样品托，所述机械手用于将放置有样品的样品托转移到所述解离转移装置，所述加热器用于加热样品，所述液氮冷台用于冷却样品，所述视窗用于对所述器件制备腔体内部进行观察。
可选地，所述解离转移装置包括超高真空兼容的压电陶瓷位移平台组、磁性样品台以及用于固定样品托的样品托支架，所述压电陶瓷位移平台组包括用于支撑所述磁性样品台的旋转压电位移平台和用于支撑所述支架的线性压电位移平台。
可选地，所述电极蒸镀和薄膜生长单元包括限定电极蒸镀和薄膜生长腔体的电极蒸镀和薄膜生长壳体、以及设置在所述电极蒸镀和薄膜生长壳体上的样品架、蒸镀装置、晶振膜厚测量仪和传样杆，所述第三抽气装置为分子泵，用于对所述电极蒸镀和薄膜生长腔体腔体进行抽真空，所述样品架用于固定磁性样品台，所述蒸镀装置用于蒸镀特定的金属或者氧化物材料薄膜，所述晶振膜厚测量仪用于监控所述薄膜的厚度，所述传样杆用于实现磁性样品台在所述器件制备腔体与所述电极蒸镀和薄膜生长腔体之间的转移。
可选地，所述监控单元包括视窗、自动对焦显微镜、工业照相机以及电子计算机，所述自动对焦显微镜带有长工作距离物镜，通过所述视窗对样品表面进行实时观察，通过所述工业相机拍摄图像后保存到所述电子计算机。
根据本发明的另一个方面，提供一种二维器件真空制备方法。所述二维器件真空制备方法包括步骤：将硅片固定到硅片样品托，以及将折叠好的胶带固定到胶带样品托，二维材料放置在折叠好的胶带的带胶的面之间；将所述硅片样品托和所述胶带样品托传递到预抽真空单元；将所述预抽真空单元的预抽真空腔体抽真空到高真空状态；将所述硅片样品托和所述胶带样品托传递到器件制备单元；在所述器件制备单元的器件制备腔体中解离二维材料并转移到所述硅片上；通过监控单元定位所述硅片上的二维材料薄层；在所述监控单元下选择合适的二维材料薄层通过解离转移装置堆叠目标的异质结构；在显微镜下精确对准掩模版；以及转移至电极蒸镀和薄膜生长单元的电极蒸镀和薄膜生长腔体进行蒸镀电极，完成二维器件制备。
可选地，所述掩模版采用预先镂空所需要的电极图形的氮化硅片；
可选地，所述预抽真空腔体中气压小于1×10-8mBar；可选地，所述器件制备腔体中气压小于5×10-10mBar；可选地，所述电极蒸镀和薄膜生长腔体中气压小于1×10-9mBar。
与现有技术相比，根据本发明的实施例的技术方案具有以下有益效果：
解离二维材料的过程在超高真空环境中进行，能够最大程度地避免样品变质；制备器件的转移和蒸镀电极过程都在超高真空环境下进行，能够有效减少界面杂质，从而提高器件质量；所有的运动部件和监控装置都可通过自动化控制单元例如电脑控制，能够实现自动化，提高产品生产效率。
进一步，电极蒸镀过程使用预先镂空所需要的电极图形的氮化硅片做为掩模版，避免了样品与电子束胶的接触，从而使得电极与样品的接触变好；用氮化硅片作为掩模版制备电极的方法可以在超高真空环境中原位制备电极，而不需要复杂的电子束刻蚀工艺。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的标记表示相同或相似的部件，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统的立体结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统的俯视图；
图3示出了根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统的预抽真空单元的立体结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统的器件制备单元的立体结构示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统的器件制备单元的另一立体结构示意图；
图6示出了图5中的器件制备单元的解离转移装置的立体结构示意图；
图7示出了本发明的实施例的二维器件真空制备系统的电极蒸镀和薄膜生长单元的立体结构示意图；
图8A示出了根据二维器件真空制备方法中的折叠胶带包裹二维晶体的俯视图；
图8B示出了根据二维器件真空制备方法中的折叠胶带包裹二维晶体的侧视图；
图9示出了采用根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统及其方法成功制备的黑磷场效应晶体管器件；以及
图10示出了图9的黑磷场效应晶体管器件在激发电流为100纳安时的相应特性曲线。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
根据本发明的实施例，提供一种二维器件真空制备系统及其方法，通过在真空环境中制备二维器件，能够最大程度地避免样品变质。
如图1到图2中所示，示出了根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统100。所述二维器件真空制备系统100包括：预抽真空单元10，用于传递二维材料；器件制备单元20，能够与所述预抽真空单元10相连通或断开，用于解离所述二维材料；电极蒸镀和薄膜生长单元30，能够与所述器件制备单元20相连通，用于制作二维器件的电极；监控单元40，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行实时观察；以及自动化控制单元，例如电子计算机工作站，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行控制。
其中，所述预抽真空单元10包括用于对所述预抽真空单元10内进行抽真空的第一抽气装置，所述器件制备单元20包括用于对所述器件制备单元20内进行抽真空的第二抽气装置，所述电极蒸镀和薄膜生长单元30包括用于对所述电极蒸镀和薄膜生长单元30内进行抽真空的第三抽气装置。另外，所述二维器件真空制备系统100还包括位于制备系统底部的系统支架(图未示)，用于支撑预抽真空单元10、器件制备单元20、电极蒸镀和薄膜生长单元30、监控单元40以及自动化控制单元。
为实现所有二维器件制备的步骤都在超高真空环境中完成，所述二维器件真空制备系统100的所有组成部分的材料必须符合超高真空标准，例如使用S316不锈钢或者S304不锈钢加工。
在一些实施例中，所述第一抽气装置采用300L/s抽气速度的分子泵，所述第二抽气装置采用300L/s抽气速度的离子泵，所述第三抽气装置采用700L/s抽气速度的分子泵，用来维持超高真空环境。
如图3中所示，所述预抽真空单元10包括限定预抽真空腔体的预抽真空壳体11、以及设置在所述预抽真空壳体11上的样品架12、传样杆13、以及视窗14，所述第一抽气装置为分子泵15，用于对所述预抽真空腔体进行抽真空，例如将整个预抽真空腔体从大气环境抽至高真空(气压小于1×10-8mBar)，并且维持在高真空的气压。所述样品架12用于支撑放置样品的样品托，所述传样杆13采用700mm行程线性传样杆，用于将放置有样品的样品托传送到所述器件制备单元20。所述视窗14位于所述预抽真空腔体顶部，用于对所述预抽真空腔体内部进行观察，具体用于肉眼观察与抽真空腔体内部的传样过程。
在一些实施例中，所述预抽真空单元10还包括设置在预抽真空壳体11上的烘烤光源16和全量程真空规17，所述烘烤光源16可以是烘烤灯泡，用于对所述预抽真空腔体进行较低温度(100℃以下)的烘烤除气。所述全量程真空规17连接于所述预抽真空腔体，用于监测所述预抽真空腔体中的气压。
在一些实施例中，所述预抽真空单元10还包括用于实现外界与所述预抽真空单元10相连通或断开的闸板阀18以及用于实现所述预抽真空单元10与所述器件制备单元20相连通或断开的闸板阀18。
在操作过程中，使用700mm行程线性传样杆在高真空环境下将预抽真空腔体中样品架12上的样品托转移到所述器件制备腔体20中的样品架，即通过传样杆13从所述预抽真空腔体10中的样品架12上抓取样品托，然后穿过打开的闸板阀18传送到所述器件制备腔体，在所述器件制备腔体的样品架的插槽位上释放样品架，然后将传样杆13恢复到初始位置。
如图4到图5中所示，所述器件制备单元20包括限定器件制备腔体的器件制备壳体21、设置在所述器件制备壳体21上的样品架22、机械手23、加热器24、液氮冷台25、视窗26以及解离转移装置27，解离转移装置27的主要操作部分位于器件制备腔体内，底部位于器件制备腔体外。所述第二抽气装置为离子泵28，用于对所述器件制备腔体进行抽真空，所述样品架22用于支撑放置样品的样品托，所述机械手23用于将所述样品架22上的样品转移到所述解离转移装置27，所述加热器24用于加热样品，所述液氮冷台25用于冷却样品，所述视窗26用于对所述器件制备腔体内部进行观察。另外，所述器件制备单元20还可包括用于实现所述器件制备单元20与所述电极蒸镀和薄膜生长单元30相连通或断开的闸板阀29。
在一些实施例中，所述离子泵28连接在所述器件制备腔体的底部，抽气速度为300L/s，能保持所述器件制备腔体内的气压小于5×10-10mBar，从而保证样品制备过程中表面的清洁。所述样品架22用于停放各种样品托，包括固连有干净硅片的样品托、固连有折叠好的胶带的样品托、以及固连有PDMS(聚二甲基硅氧烷)的样品托等等，用来实现各种所需要的功能。所述机械手23为手动控制单元，实现真空外操作人员对真空内装置的控制，用来将样品架上的样品托转移到所述解离转移装置27上。所述机械手23可以具有250mm的行程，360度的旋转和±20度的倾斜角，机械手的灵活性使得它可以用来在超高真空下解离胶带上的晶体(二维薄片的形态)并将其转移到硅片上。
如图6所示，示出了所述解离转移装置27的主要操作部分。所述解离转移装置27是整个器件制备单元20中最重要的部件，包括超高真空兼容的压电陶瓷位移平台组271、磁性样品台272以及用于固定样品托的样品托支架273，所述压电陶瓷位移平台组271包括用于支撑所述磁性样品台的旋转压电位移平台2711和用于支撑和移动所述样品托支架的线性压电位移平台2712。为了便于移动样品，所述压电陶瓷位移平台组271还包括用于支撑和移动所述旋转压电位移平台2711的线性压电位移平台2712。用机械手23将样品托固定在所述磁性样品台272上之后，用机械手23将胶带撕开并且将二维薄片转移到硅片上，利用旋转压电位移平台2711的运动来寻找整个硅片表面的二维材料，通过显微镜拍到的照片来判断二维材料薄层的大小和厚度，选取合适的二维材料薄层来制备器件。
在操作过程中，显微镜拍到的照片尺寸是用标准大小的样品标定过的，因此可以知道图像大小和实际样品尺寸的对应关系；同样的，显微镜图像的颜色与二维材料薄层的厚度也有一一对应关系，由此可根据图像判断二维材料薄层的大小和厚度。找好合适大小和厚度的二维材料薄层之后，需使用固定在线性压电位移平台2712上的样品托支架273移动带有PDMS的样品托，实现不同二维材料薄层之间的精确堆叠。
PDMS对二维材料薄层的拾起和释放是通过控制磁性样品台的温度来实现的，即在40℃时，PDMS具有较大的粘性，可将解离在硅片上的二维材料薄层拾起到PDMS上，而当PDMS被加热到90℃时，粘性下降，用二维材料薄层堆叠好的异质结构被释放在硅片上。堆叠出目标结构之后，用带有磁性的掩模版(即将生铁和刻有特定图案的氮化硅片掩模版黏在一起)对准到目标结构上，然后将整个磁性样品台转移至电极蒸镀和薄膜生长单元30内蒸镀电极。所述加热器例如1200℃加热器用于精确控温加热样品，使样品表面更平整，进一步提高样品质量。所述液氮冷台用来快速冷却磁性样品台，节省期间按制备的周期。加热和冷却的操作通过欧陆表温控仪和电脑来控制。
如图7所示，所述电极蒸镀和薄膜生长腔体30用于制作二维器件的电极，电极将被连到测量电路进行测量表征。所述电极蒸镀和薄膜生长单元30包括限定电极蒸镀和薄膜生长腔体的电极蒸镀和薄膜生长壳体31、以及设置在所述电极蒸镀和薄膜生长壳体31上的样品架32、蒸镀装置33、晶振膜厚测量仪34(如图2所示)、传样杆35以及视窗36。所述第三抽气装置为分子泵37，用于对所述电极蒸镀和薄膜生长腔体进行抽真空，使得所述电极蒸镀和薄膜生长腔体中气压小于1×10-9mBar。所述样品架32用来固定磁性样品台，所述蒸镀装置33用于蒸镀特定的金属或者氧化物材料薄膜，所述晶振膜厚测量仪34用于监控所述薄膜的厚度，所述传样杆35用于实现磁性样品台在所述器件制备腔体与所述电极蒸镀和薄膜生长腔体之间的转移，所述视窗36用于对所述电极蒸镀和薄膜生长腔体内进行观察。另外，所述电极蒸镀和薄膜生长腔体30还包括真空规38，用于监测所述电极蒸镀和薄膜生长腔体中的气压。
在一些实施例中，所述样品架32采用低温五轴(自由度)样品架，用来固定所述解离转移装置27的磁性样品台272，精确控制磁性样品台在蒸镀电极时的温度，避免蒸镀时加热样品。低温五轴(自由度)样品架还能控制磁性样品台的位置、旋转角和倾斜角，保证蒸镀时样品正对蒸发源，保证成膜质量。所述蒸镀装置33包括高温蒸发源和电子束蒸发源，用于蒸镀特定的金属或者氧化物材料薄膜，薄膜厚度由晶振膜厚测量仪监控，以保证电极或者薄膜的厚度精确可控。所述传样杆35采用1000mm线性传样杆，用于实现磁性样品台在所述电极蒸镀和薄膜生长腔体和所述器件制备腔体之间的转移：样品堆叠好之后用传样杆转移到所述电极蒸镀和薄膜生长腔体蒸镀电极；样品电极蒸镀完成之后用传样杆将样品转移回所述器件制备腔进行后续处理。
所述监控装置40用于实现在真空外对真空内二维材料薄层进行精确定位、精确堆叠和电极对准。监控装置由自动对焦显微镜、工业照相机、支架、长工作距离物镜以及电子计算机组成。这些均为可购买到的标准件。
在操作过程中，带有长工作距离物镜的自动对焦显微镜可以透过视窗实现对真空内的样品表面进行实时观察，其图像通过工业相机拍摄后保存到电子计算机，通过电子计算机对图片的分析，可以得到图片中二维材料薄层的大小和厚度信息，找出符合要求的二维材料薄层。此显微镜还需要监控器件制备制备的其他过程，比如转移堆叠复杂结构以及电极蒸镀。此显微镜的分辨率可达到200nm的分辨率。自动对焦功能可以大大节省二维材料薄层的定位和器件制备的时间，提高效率。所述监控装置40还包括用于固定显微镜的支架，能大范围升降显微镜用于更换物镜。拍照和对焦时通过电脑和显微镜控制器来自动实现，无须人为干预。
另外，本发明的实施例还提供一种二维器件真空制备方法。具体地，所述二维器件真空制备方法包括步骤：
将硅片固定到硅片样品托；
如图8A-8B中所示，将折叠好的胶带63通过不锈钢环64固定到胶带样品托61，二维材料晶体62放置在折叠好的胶带63的带胶的面之间；
将所述硅片样品托和所述胶带样品托传递到预抽真空单元；
将所述预抽真空单元的预抽真空腔体抽真空到高真空状态；
将所述硅片样品托和所述胶带样品托传递到器件制备单元；
在所述器件制备单元的器件制备腔体中解离二维材料并转移到所述硅片上；
通过监控单元定位所述硅片上的二维材料薄层；
在所述监控单元下选择合适的二维材料薄层通过解离转移装置堆叠目标的异质结构；
在显微镜下精确对准掩模版；以及
转移至电极蒸镀和薄膜生长单元的电极蒸镀和薄膜生长腔体进行蒸镀电极，完成二维器件制备。
图9示出了采用根据本发明的实施例的二维器件真空制备系统及其方法制备的黑磷场效应晶体管器件。制备好的二维器件主要包括二维材料薄层堆叠的异质结构和金属电极。
图10示出了图9的黑磷场效应晶体管器件在激发电流为100纳安时的相应特性曲线。其中，横坐标表示栅极电压(单位：伏特)，纵坐标表示沟道电阻(单位：千欧)。从图10中可以看出，根据本发明的实施例的方法成功制备的晶体管需要很小的栅极电压(-1V)即能实现沟道的开关，可用于制备低功耗的半导体器件。同时，根据本发明的实施例的方法成功制备的晶体管能实现正负两个方向栅极电压的低电阻状态，可用于双极型器件的半导体器件。
在一些实施例中，所述掩模版采用预先镂空所需要的电极图形的氮化硅片。在一些实施例中，所述预抽真空腔体中气压小于1×10-8mBar；所述器件制备腔体中气压小于5×10-10mBar；所述电极蒸镀和薄膜生长腔体中气压小于1×10-9mBar。
根据本发明的实施例，解离二维材料的过程在超高真空环境中进行，可最大程度的避免样品变质；制备器件的转移和蒸镀电极过程都在超高真空环境下进行，可有效减少界面杂质，从而提高器件质量；另外，所有的运动部件和监控装置都可通过电脑控制，能够自动化，提高效率。
以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。
Claims (10)
1.一种二维器件真空制备系统，其特征在于，包括：
预抽真空单元，用于传递二维材料；
器件制备单元，能够与所述预抽真空单元相连通或断开，用于解离所述二维材料；
电极蒸镀和薄膜生长单元，能够与所述器件制备单元相连通或断开，用于制作二维器件的电极；
监控单元，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行实时观察；以及
自动化控制单元，用于对所述二维器件真空制备系统内二维器件的制备进行控制；
其中，所述预抽真空单元包括用于对所述预抽真空单元内进行抽真空的第一抽气装置，所述器件制备单元包括用于对所述器件制备单元内进行抽真空的第二抽气装置，所述电极蒸镀和薄膜生长单元包括用于对所述电极蒸镀和薄膜生长单元内进行抽真空的第三抽气装置。
2.如权利要求1所述的二维器件真空制备系统，其特征在于，所述预抽真空单元包括限定预抽真空腔体的预抽真空壳体、以及设置在所述预抽真空壳体上的样品架、传样杆和视窗，所述第一抽气装置为分子泵，用于对所述预抽真空腔体进行抽真空，所述样品架用于支撑放置样品的样品托，所述传样杆用于将放置有样品的样品托传送到所述器件制备单元，所述视窗用于对所述预抽真空腔体内部进行观察。
3.如权利要求2所述的二维器件真空制备系统，其特征在于，所述预抽真空单元还包括设置在所述预抽真空壳体上的烘烤光源和全量程真空规，所述烘烤光源用于对所述预抽真空腔体内进行烘烤除气，所述全量程真空规用于监测所述预抽真空腔体内的气压。
4.如权利要求1所述的二维器件真空制备系统，其特征在于，所述器件制备单元包括限定器件制备腔体的器件制备壳体、设置在所述器件制备壳体上的样品架、机械手、加热器、液氮冷台、视窗、以及解离转移装置，所述第二抽气装置为离子泵，用于对所述器件制备腔体进行抽真空，所述样品架用于支撑放置样品的样品托，所述机械手用于将放置有样品的样品托转移到所述解离转移装置，所述加热器用于加热样品，所述液氮冷台用于冷却样品，所述视窗用于对所述器件制备腔体内部进行观察。
5.如权利要求4所述的二维器件真空制备系统，其特征在于，所述解离转移装置包括超高真空兼容的压电陶瓷位移平台组、磁性样品台以及用于固定样品托的样品托支架，所述压电陶瓷位移平台组包括用于支撑所述磁性样品台的旋转压电位移平台和用于支撑所述支架的线性压电位移平台。
6.如权利要求1所述的二维器件真空制备系统，其特征在于，所述电极蒸镀和薄膜生长单元包括限定电极蒸镀和薄膜生长腔体的电极蒸镀和薄膜生长壳体、以及设置在所述电极蒸镀和薄膜生长壳体上的样品架、蒸镀装置、晶振膜厚测量仪和传样杆，所述第三抽气装置为分子泵，用于对所述电极蒸镀和薄膜生长腔体进行抽真空，所述样品架用于固定磁性样品台，所述蒸镀装置用于蒸镀制作电极的金属或者氧化物材料薄膜，所述晶振膜厚测量仪用于监控所述薄膜的厚度，所述传样杆用于实现所述磁性样品台在所述器件制备腔体与所述电极蒸镀和薄膜生长腔体之间的转移。
7.如权利要求1到6任一项所述的二维器件真空制备系统，其特征在于，所述监控单元包括视窗、自动对焦显微镜、工业照相机以及电子计算机，所述自动对焦显微镜带有长工作距离物镜，通过所述监控单元的所述视窗对样品表面进行实时观察，通过所述工业照相机拍摄图像后保存到所述电子计算机。
8.一种二维器件真空制备方法，其特征在于，包括步骤：
将硅片固定到硅片样品托，以及将折叠好的胶带固定到胶带样品托，二维材料放置在折叠好的胶带的带胶的面之间；
将所述硅片样品托和所述胶带样品托传递到预抽真空单元；
将所述预抽真空单元的预抽真空腔体抽真空到高真空状态；
将所述硅片样品托和所述胶带样品托传递到器件制备单元；
在所述器件制备单元的器件制备腔体中解离二维材料并转移到所述硅片上；
通过监控单元定位所述硅片上的二维材料薄层；
在所述监控单元下选择合适的二维材料薄层通过解离转移装置堆叠目标的异质结构；
在显微镜下精确对准掩模版；以及
转移至电极蒸镀和薄膜生长单元的电极蒸镀和薄膜生长腔体进行蒸镀电极，完成二维器件制备。
9.如权利要求8所述的二维器件真空制备方法，其特征在于，所述掩模版采用预先镂空所需要的电极图形的氮化硅片。
10.如权利要求8所述的二维器件真空制备方法，其特征在于，
所述预抽真空腔体中气压小于1×10-8mBar；
所述器件制备腔体中气压小于5×10-10mBar；
所述电极蒸镀和薄膜生长腔体中气压小于1×10-9mBar。
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