一种沉积石墨烯薄膜的设备及其沉积方法技术

本发明专利技术公开了一种沉积石墨烯薄膜的设备，包括腔体，腔体的顶部设置有电极板，腔体的底部设置有加热板，加热板上设置有若干个支架，支架上放置有沉积基板，腔体的侧壁设置有若干个第一气孔；加热板内设置有若干个相互平行的加热棒，加热棒与加热板顶部之间设置有导热板，导热板与加热棒之间设置有第一真空腔室，相邻两个加热棒之间设置有第二气孔；气源供气管通过分流阀连接有第一供气支路和第二供气支路，气源供气管上设置有预加热器，第一供气支路连接至第一气孔，第二供气支路连接至第二气孔。本发明专利技术还公开了一种使用上述沉积石墨烯薄膜的设备的沉积方法。本发明专利技术能够改进现有技术的不足，可以提高石墨烯沉积的产品良率。

Apparatus for depositing graphene film and deposition method thereof

The invention discloses a graphene film deposition equipment, which comprises a cavity, the cavity is arranged at the top of the electrode plate, the bottom of the cavity is provided with the heating plate, the heating plate is provided with a plurality of brackets, a deposition substrate is arranged on the bracket, the side wall of the cavity is provided with a plurality of first heating plate is arranged in the hole; a plurality of parallel heating rods, a heat conducting plate is arranged between the heater and the heating plate at the top, there is a first vacuum chamber is arranged between the conductive plate and the heating rod, second air holes are arranged between two adjacent heating rod; the air supply pipe is connected with a first gas supply branch and second gas supply branch through the shunt valve, the air supply pipe is provided a pre heater, the first gas supply branch is connected to the first second holes, second holes connected to the gas supply branch. The invention also discloses a deposition method for the equipment using the deposited graphene film. The invention can improve the defect of the prior art and improve the yield of the product of the graphene deposition.

【技术实现步骤摘要】
一种沉积石墨烯薄膜的设备及其沉积方法
本专利技术涉及石墨烯制备
，尤其是一种沉积石墨烯薄膜的设备及其沉积方法。
技术介绍
石墨烯是一种只有单层原子厚度，具有蜂窝结构的二维碳原子晶体的碳质材料。目前常使用的制备石墨烯薄膜的方法有机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和氧化石墨还原法。其中，化学气相沉积(CVD)法具有产物质量高、生长面积大等优点，中国专利技术专利CN103708444B公开了一种使用CVD法制备石墨烯的方法和设备。但是，这种结构的生产设备对于加热元件所形成的温度场和电极设备所形成的电离气体的均匀度控制难度较大，当温度和电离气体分布的均匀性出现波动时，会直接影响到石墨烯薄膜沉积的质量，从而导致石墨烯产品的良率不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种沉积石墨烯薄膜的设备及其沉积方法，能够解决现有技术的不足，可以提高石墨烯沉积的产品良率。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种沉积石墨烯薄膜的设备，包括腔体，腔体的顶部设置有电极板，腔体的底部设置有加热板，加热板上设置有若干个支架，支架上放置有沉积基板，腔体的侧壁设置有若干个第一气孔，第一气孔位于加热板和沉积基板之间；加热板内设置有若干个相互平行的加热棒，加热棒与加热板顶部之间设置有导热板，导热板与加热棒之间设置有第一真空腔室，相邻两个加热棒之间设置有第二气孔；气源供气管通过分流阀连接有第一供气支路和第二供气支路，气源供气管上设置有预加热器，第一供气支路连接至第一气孔，第二供气支路连接至第二气孔，第二供气支路贯穿第一真空腔室，第二供气支路与加热棒相接触，第二供气支路上连接有若干个导热棒，导热棒顶部设置有伸缩端与导热板的底面选择性接触。作为优选，所述导热板的中间部位设置有由热敏金属制成的弧形凸起部，弧形凸起部的底面与伸缩端选择性接触，弧形凸起部的顶面与加热板之间设置有第二真空腔室，第二真空腔室内设置有若干个弹性金属片将弧形凸起部和加热板进行连接。作为优选，所述腔体的侧壁设置有与腔体的侧壁相互垂直的台阶，台阶位于沉积基板的上方，台阶的横向宽度与腔体的内径之比为1:7。作为优选，所述第一气孔内设置有相互套接的内管体和外管体，外管体的出口处设置有直径逐渐变大的扩口，扩口的顶部设置有向下凸起的凹槽，内管体的内侧设置有螺旋导流槽，螺旋导流槽内均匀设置有若干个第一通孔。作为优选，所述台阶的边缘设置有圆角，台阶的底面设置有与圆角相切的斜面，斜面由腔体的边缘向腔体的中心倾斜向上设置。作为优选，所述第二气孔内设置有安装腔室，安装腔室内设置有伸缩机构，伸缩机构上设置有挡片，挡片与第二气孔的顶部间隙配合，第二气孔与第二供气支路的连接处通过第一弹簧体连接有套管，第二气孔的侧壁倾斜设置有挡板，挡板的中心与套管的轴线相互重合。所述安装腔室内设置有旋转机构，伸缩机构安装在旋转机构上，挡片上设置有若干个狭缝，挡片的顶面通过第二弹簧体连接有金属薄片，金属薄片与狭缝一一对应，随着旋转机构的转速增加，金属薄片遮挡狭缝的面积减小。一种使用上述沉积石墨烯薄膜的设备的沉积方法，包括以下步骤：A、将沉积基板放置在支架上，将腔体抽真空，然后使用气源供气管通入碳源气体，使用加热板将碳源气体加热至工作温度；B、启动电极板，使碳源气体发生电离；C、通过控制碳源气体流量和加热板功率，实现石墨烯薄膜的沉积。作为优选，步骤C中，当沉积温度发生波动时，通过改变加热板的加热功率对温度波动进行补偿；当加热板增加加热功率时，通过调整分流阀，增大第二供气支路的气流流量，同时减小第一供气支路的气流流量，当加热板减小加热功率时，通过调整分流阀，增大第一供气支路的气流流量，同时减小第二供气支路的气流流量。采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本专利技术通过在沉积基板底面进行石墨烯的沉积，改变了沉积的方向，使得沉积表面与加热板直接相向设置，并与电极背向设置，这可以使加热板通过碳源气体的传导对沉积层进行直接加热处理，提高加热板对于沉积层的温度控制精度。此外由于沉积面不直接朝向电极层，可以减少等离子体激发时的放电对沉积面的影响。为了进一步提高加热板的加热均匀性，在加热棒上方设置导热板，在加热棒之间设置第二气孔，利用导热板与导热棒的接触可以调整加热棒上方加热效果，第二供气支路通过加热棒吸收热量，第二气孔喷出碳源气体，实现加热棒之间加热不足的弥补。弧形凸起部在受热后可以产生形变，从而带动弹性金属片与加热板的接触面积进行细微调节。由于碳源气体是从底部向上流动，受到沉积基板的阻挡，腔体侧壁的气流流速较快。通过设置台阶，可以降低沉积基板边缘与沉积基板中心部位气流流速的差异。碳源气体通过第一气孔和第二气孔进入腔体内，在第一气孔内，碳源气体通过内外两个管体喷出，利用螺旋导流槽形成的螺旋流动，使得碳源气体在离心力的作用下从第一通孔流出，进而带动外侧的碳源气体发生旋转，加快进入腔体内气体分布扩散的速度。第二气孔内的出气结构可以利用挡片对于气流的阻挡作用，实现气流向两侧流动的趋势，从而提高整个沉积面上气体的均匀度。旋转机构可以加大第二气孔喷射的面积，从而使得不同的第二气孔的喷射面积相互重叠，进一步改善沉积面的气体分布均匀度。第二气孔内的套管利用气流流动所形成的压力实现与挡板距离的变化，起到了挡板对于气流变向作用和抑制气流逆流的平衡。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构图。图2是本专利技术实施例1中加热板的结构图。图3是本专利技术实施例1中第一气孔的结构图。图4是本专利技术实施例1中螺旋导流槽的结构图。图5是本专利技术实施例1中第二气孔的结构图。图6是本专利技术实施例2中第一通孔的剖面图。图7是本专利技术实施例2中狭缝的剖面图。图中：1、腔体；2、电极板；3、加热板；4、支架；5、第一气孔；6、沉积基板；7、加热棒；8、导热板；9、第一真空腔室；10、第二气孔；11、气源供气管；12、分流阀；13、第一供气支路；14、第二供气支路；15、导热棒；16、伸缩端；17、弧形凸起部；18、第二真空腔室；19、弹性金属片；20、台阶；21、预加热器；22、内管体；23、外管体；24、扩口；25、螺旋导流槽；26、第一通孔；27、凹槽；28、圆角；29、斜面；30、安装腔室；31、伸缩机构；32、挡片；33、第一弹簧体；34、套管；35、挡板；36、旋转机构；37、第二弹簧体；38、金属薄片；39、狭缝；40、锥形面；41、椭球面；42、斜边；43、垂直边；44、通槽。具体实施方式本专利技术中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。实施例1参照图1-5，一种沉积石墨烯薄膜的设备，包括腔体1，腔体1的顶部设置有电极板2，腔体1的底部设置有加热板3，加热板3上设置有若干个支架4，支架4上放置有沉积基板6，腔体1的侧壁设置有若干个第一气孔5，第一气孔5位于加热板3和沉积基板6之间；加热板3内设置有若干个相互平行的加热棒7，加热棒7与加热板3顶部之间设置有导热板8，导热板8与加热棒7之间设置有第一真空腔室9，相邻两个加热棒7之间设置有第二气孔10；气源供气管11通过分流阀12连接有第一供气支路13和第二供气支路14，气源供气管11上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉积石墨烯薄膜的设备，包括腔体(1)，其特征在于：腔体(1)的顶部设置有电极板(2)，腔体(1)的底部设置有加热板(3)，加热板(3)上设置有若干个支架(4)，支架(4)上放置有沉积基板(6)，腔体(1)的侧壁设置有若干个第一气孔(5)，第一气孔(5)位于加热板(3)和沉积基板(6)之间；加热板(3)内设置有若干个相互平行的加热棒(7)，加热棒(7)与加热板(3)顶部之间设置有导热板(8)，导热板(8)与加热棒(7)之间设置有第一真空腔室(9)，相邻两个加热棒(7)之间设置有第二气孔(10)；气源供气管(11)通过分流阀(12)连接有第一供气支路(13)和第二供气支路(14)，气源供气管(11)上设置有预加热器(21)，第一供气支路(13)连接至第一气孔(5)，第二供气支路(14)连接至第二气孔(10)，第二供气支路(14)贯穿第一真空腔室(9)，第二供气支路(14)与加热棒(7)相接触，第二供气支路(14)上连接有若干个导热棒(15)，导热棒(15)顶部设置有伸缩端(16)与导热板(8)的底面选择性接触。

【技术特征摘要】
1.一种沉积石墨烯薄膜的设备，包括腔体(1)，其特征在于：腔体(1)的顶部设置有电极板(2)，腔体(1)的底部设置有加热板(3)，加热板(3)上设置有若干个支架(4)，支架(4)上放置有沉积基板(6)，腔体(1)的侧壁设置有若干个第一气孔(5)，第一气孔(5)位于加热板(3)和沉积基板(6)之间；加热板(3)内设置有若干个相互平行的加热棒(7)，加热棒(7)与加热板(3)顶部之间设置有导热板(8)，导热板(8)与加热棒(7)之间设置有第一真空腔室(9)，相邻两个加热棒(7)之间设置有第二气孔(10)；气源供气管(11)通过分流阀(12)连接有第一供气支路(13)和第二供气支路(14)，气源供气管(11)上设置有预加热器(21)，第一供气支路(13)连接至第一气孔(5)，第二供气支路(14)连接至第二气孔(10)，第二供气支路(14)贯穿第一真空腔室(9)，第二供气支路(14)与加热棒(7)相接触，第二供气支路(14)上连接有若干个导热棒(15)，导热棒(15)顶部设置有伸缩端(16)与导热板(8)的底面选择性接触。2.根据权利要求1所述的沉积石墨烯薄膜的设备，其特征在于：所述导热板(8)的中间部位设置有由热敏金属制成的弧形凸起部(17)，弧形凸起部(17)的底面与伸缩端(16)选择性接触，弧形凸起部(17)的顶面与加热板(3)之间设置有第二真空腔室(18)，第二真空腔室(18)内设置有若干个弹性金属片(19)将弧形凸起部(17)和加热板(3)进行连接。3.根据权利要求1所述的沉积石墨烯薄膜的设备，其特征在于：所述腔体(1)的侧壁设置有与腔体(1)的侧壁相互垂直的台阶(20)，台阶(20)位于沉积基板(6)的上方，台阶(20)的横向宽度与腔体(1)的内径之比为1:7。4.根据权利要求3所述的沉积石墨烯薄膜的设备，其特征在于：所述第一气孔(5)内设置有相互套接的内管体(22)和外管体(23)，外管体(23)的出口处设置有直径逐渐变大的扩口(24)，扩口(24)的顶部设置有向下凸起的凹槽(27)，内管体(22)的内侧设置有螺旋导流槽(25)，螺旋导流槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恕广，
申请(专利权)人：烟台市烯能新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37