CN208167150U - 一种带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于二维材料制备设备领域，具体公开一种带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，包括反应管，加热所述反应管的加热装置，以及用于密封反应管的密封装置，其中的一个密封装置上带有向反应管供气的气体入口；另一密封装置设置有输出反应管中气体的气体出口；所述的反应管内设置有用于将反应管腔室分隔为挥发室和反应室的导流板，其中，位于带有气体入口端的一侧腔室为挥发室，位于气体出口端的一侧腔室为反应室；所述的导流板上还设置有贯通反应室和生长室的通孔。本实用新型所述的反应室结构，创新性地在现有的反应室结构的基础上，在其反应管内设置有可以用于导流的导流板，如此可以解决现有反应室结构出现的气流不稳定的问题。
Description
技术领域：
本实用新型涉及多孔导流板的反应室设备，尤其涉及一种CVD和PVD生长二维材料反应室设备。
背景技术：
由于在电学、光学、机械及催化方面具有优异的性能，二维材料近年来受到了广泛的关注。但到目前，二维过渡金属硫族化合物(TMDs)的研究尚处于起步阶段。目前的研究结果表明二维TMDs具有类似于石墨烯的优良特性，尤其是在半导体逻辑器件方面，比石墨烯用途更广。高质量二维材料的可控生长是实现其众多潜在应用的基础。气相沉积法是当前国际上普遍使用的快速低成本的纳米材料合成方法。其中CVD和PVD的合成方法被广泛使用，在该方法中，气流是影响二维材料生长的重要原因之一，这对通过更好的控制气流来生产高质量的二维材料提出了更为严格的挑战。
目前绝大多数企业采用的是直形石英管或直形刚玉管来生长二维材料。在直形反应室中，很难控制气流到达硅片时的稳定性，从而影响产物的形状、厚度和质量。
实用新型内容：
本实用新型提供一种带有多孔导流板的生长二维材料反应室设备，以解决上述背景技术出现的气流问题。
一种带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构(本实用新型也称为“用于通过气相沉积制备二维材料的反应室结构”)，包括反应管，加热所述反应管的加热装置，以及用于密封反应管的密封装置，其中的一个密封装置上带有向反应管供气的气体入口；另一密封装置设置有输出反应管中气体的气体出口；所述的反应管内设置有用于将反应管腔室分隔为挥发室和反应室的导流板，其中，位于带有气体入口端的一侧腔室为挥发室，位于气体出口端的一侧腔室为反应室；所述的导流板上还设置有贯通反应室和生长室的通孔。
本实用新型所述的反应室结构，创新性地在现有的反应室结构的基础上，在其反应管内设置有可以用于导流的导流板，如此可以出人意料解决现有反应室结构出现的气流不稳定的问题。本实用新型特别适用于CVD和PVD生长厚度均匀、形状规则的二维材料。
本实用新型的带有多孔导流板石英管取代了直形石英管从而增加了载气气流到达基底时的稳定性，有利于沉积出厚度均匀的材料，有效解决了生长二维材料厚度不均匀性问题，从而生长出厚度均匀，形状规则、高质量的单晶二维材料。本实用新型能够起到高效，节约人工成本的效果，同时提高了实验效率，保证了生长材料的质量和形状，完全适用于管式炉控制生长二维材料。
本实用新型所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，例如，可以为直型或者具有一定弯曲度的中空的管状结构。
作为优选，所述的反应管为直型圆柱形管。采用该结构的反应管，有助于和所述创新的导流板配合，进一步提升CVD、PVD过程，载气的流量稳定性，有助于进一步利于二维材料生长，提升得到的二维材料的形貌均一性。
进一步优选，所述的反应管为石英管或刚玉管。
进一步优选，反应管的外径1mm-600mm，壁厚0.5mm-100mm。
作为优选，所述的导流板的外径与反应管的内径相匹配。
所述的导流板的形状和大小和反应管的内壁的形状和大小相互匹配。例如，所述的反应管的横截面为圆形时，所述的导流板为圆柱形的薄片；所述的反应管的横截面为方形时，所述的导流板为和所述的反应管形状想匹配的方形。
所述的导流板设置在反应管的内壁上，优选地，导流板的外缘和反应管的内壁接触。
本实用新型中，通过所述的导流板，将反应管的腔室分为挥发室和反应室，由通过设置在导流板的通孔，使挥发室和反应室内的气体贯通。
所述的导流板为圆形薄片，其直径为反应管的内径，厚度为其直径的0.1～1 倍。
作为优选，导流板的直径为25～50mm，厚度为0.5mm-100mm。
作为优选，所述的导流板的材料为石英玻璃。
作为优选，所述的导流板设置在由加热装置加热的区域(恒温区)的下游。
通过情况下，被加热装置加热的反应管区域为恒温区；通常为反应管的中部，导流板优先设置在恒温区的气流方向的下游。
作为优选，所述的导流板上设置有若干通孔。
所述的通孔为圆形通孔，通孔的径向方向平行于反应管的长度方向。也即是，气体通过通孔的方向和反应管的长度方向平行。
作为优选，通孔的直径不高于导流板直径的1/2。
为了进一步提升气流导流的稳定性，所述的导流板的平面垂直于反应管的长度方向。也即是，所述的导流板平行于反应管的横截面设置在反应管的内壁上。
本实用新型中，挥发室靠近设置有气体入口的一侧，也即是，挥发室由反应管内壁、带有气体入口的密封装置和导流板围成的腔体。反应室靠近设置有气体出口的一侧，为由反应管内壁、带有气体出口的密封装置和导流板围成的腔体。
本实用新型中，所述的挥发室内设置有用于盛放样品的磁舟或氧化铝舟；
反应室内设置有基底，或者盛放有基底的磁舟或氧化铝舟。
本实用新型中，所述的密封装置为带有气孔，可以用于密封反应管内腔室的常规设备，作为优选，所述的密封装置为法兰。
本实用新型的反应室结构，可以和现有常规的支架等设备，通过现有方法，组装成用于二维材料制备的反应装置或者反应系统。
本实用新型的反应室结构的应用方法，预先通过气体入口，向挥发室内通入载气(氩气或者其他保护气)，氩气通过导流板的通孔进入反应室，并由气体出口导出反应管；向挥发室的磁舟中放置原料，所述的原料优选为粉末状；将基底或者放置在磁舟内的基底放置在生长室内；启动加热装置，对原料粉末进行加热，使原料挥发，挥发的原料在载气的携带下，通过导流板的通孔，沉积在生长室的基底上，形成二维材料。
作为优选，所述的原料可以为拟合成的二维材料的原料的粉末、颗粒、气体、金属线以及其他可以生长材料的各种形态的源材料。
作为优选，所述的原料为Se粉、S粉、Te粉中的至少一种(原料A)和铂粉、铁粉、氯化铌、氯化钒等过渡金属中的至少一种(原料B)，其中，原料A 和B可以放置在同一磁舟，也可放置在不同磁舟；此外，所述的原料还可直接为所要合成的二维材料的化合物的粉末。
通过本实用新型所述的反应室结构，得到的二维材料的形貌均一性好，厚度适中，作为优选，所生长的二维纳米材料基材厚度为0.7-100nm。
通过本实用新型得到的二维材料，可以为纳米片、纳米薄膜、超晶格、纳米带。
有益效果
本实用新型优点在于带有多孔导流板的石英管取代了直形石英管从而增加了载气气流到达硅片时的稳定性，有利于沉积出厚度均匀的材料，有效解决了生长二维材料厚度不均匀性问题，从而生长出厚度均匀，形状规则、高质量的单晶二维材料。总之，本实用新型能够起到高效，节约人工成本的效果，同时提高了实验效率，保证了生长材料的质量和形状，完全适用于管式炉控制生长二维材料。因此，此种带有多孔导流板的石英管取代了直形石英管的形式，必将会产生更大的市场空间，具有很强的实用性。
附图说明
图1为本实用新型所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构示意图。
图1中，1.法兰 2.石英管 3.盛有反应物的瓷舟 4.多孔导流板 5.盛有基底硅片的瓷舟 6.火炉 7.载气Ar的进气口 8.载气Ar的出气口。
具体实施方式
结合下面附图，对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，一种带有多孔导流板4的生长二维材料反应室结构，包括直型圆柱形石英管2(外径1mm-600mm，壁厚0.5mm-100mm)，加热所述石英管2的加热装置6(火炉)，以及位于石英管2两端用于密封石英管2的法兰1，其中的一个法兰1上带有向反应管供气的气体入口；另一法兰1设置有输出反应管中气体的气体出口；所述的石英管2内设置有用于将石英管2腔室分隔为挥发室和反应室的导流板4，其中，挥发室为由石英管2内壁、带有气体入口的法兰1和导流板4围成的腔体(靠近气体入口7一侧的腔室，图1的导流板的左侧腔室)；反应室为由石英管2内壁、带有气体出口的法兰1和导流板4围成的腔体(靠近气体出口8一侧的腔室，图1的导流板的右侧腔室)；所述的导流板的平面垂直于石英管2的长度方向；且其外径与石英管2的内径相匹配。所述的导流板4 上设置有贯通反应室和生长室的若干通孔(图1中未标号)；所述的各通孔的径向和石英管2的长度方向平行；通孔的直径不高于导流板4直径的1/2。
挥发室内设置有用于盛放样品的磁舟3(或氧化铝舟)；反应室内设置有装有基底5的磁舟。
本实用新型是一种用于带有多空导流板的生长二维材料反应室设备，适用于 CVD和PVD生长二维材料的生长室。本实用新型工作原理是带有多孔导流板的生长二维材料反应室设备，通过减缓增加了载气气流到达硅片时的稳定性，有利于生长二维材料厚度均匀，形状规则、高质量的单晶二维材料。
具体步骤为：在生长二维材料时，在挥发室放入盛有适量反应源材料的瓷舟 3或氧化铝舟3，在下游变温区装上多孔导流板4，在下游变温区5放入盛有大小合适硅片的瓷舟或氧化铝舟，然后装上法兰1，然后通入合适的载气排尽反应室的氧气，最后通入适量的流量，加热反应室进行反应。本实用新型的生长二维材料反应室设备能够起到高效，节约人工成本的效果，同时提高了实验效率，保证了沉积材料的形状和质量，完全适用于管式炉控制生长二维材料。
Claims (10)
1.一种带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，包括反应管，加热所述反应管的加热装置，以及用于密封反应管的密封装置，其中的一个密封装置上带有向反应管供气的气体入口；另一密封装置设置有输出反应管中气体的气体出口；其特征在于，所述的反应管内设置有用于将反应管腔室分隔为挥发室和反应室的导流板，其中，位于带有气体入口端的一侧腔室为挥发室，位于气体出口端的一侧腔室为反应室；所述的导流板上还设置有贯通反应室和生长室的通孔。
2.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的反应管为直型圆柱形管。
3.如权利要求2所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的反应管为石英管或刚玉管。
4.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的导流板的平面垂直于反应管的长度方向。
5.如权利要求4所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的导流板的外径与反应管的内径相匹配。
6.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的导流板设置在由加热装置加热的区域的下游。
7.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的导流板上设置有若干通孔；其中，通孔的径向方向平行于反应管的长度方向。
8.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，通孔的直径不高于导流板直径的1/2。
9.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的挥发室内设置有用于盛放样品的磁舟或氧化铝舟；
反应室内设置有基底。
10.如权利要求1所述的带有多孔导流板的生长二维材料反应室结构，其特征在于，所述的密封装置为法兰。
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