一种薄膜的制备设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种制备薄膜的方法，所述的方法包括如下步骤：提供一基材支撑组件，所述的基材支撑组件包括至少两个基材支撑固定装置，每一基材支撑固定装置包括一基座及从基座上延伸出至少一伸出部，所述伸出部的末端为端部，所述端部用于支撑基材；将一基材放置在所述至少两个基材支撑固定装置之间，所述的基材用于沉积薄膜；将所述至少两个基材支撑固定装置沿设有伸出部的面相嵌合，从而使基材绕所述端部弯曲；将所述的基材支撑组件放入一反应器的反应腔室中；在所述的基材表面生成薄膜；及从所述的基材支撑组件上拆卸下基材。本发明专利技术工艺简单、效率高，制备的薄膜面积大。本发明专利技术还包括一种制备薄膜的设备。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜的制备设备及方法
本专利技术涉及采用化学气相沉积法生产薄膜的方法和设备，尤其是一种利用化学气相沉积法制备碳薄膜的方法和设备，特别的本专利技术涉及一种在反应腔室中处理和加热基材的基材支撑机构，该机构具有宽度倍增的表面用于形成大面积薄膜。
技术介绍
本专利技术用于石墨烯的合成，石墨烯是一种单碳原子二维单片层结构的物质，其中碳原子具有稳定的外延排列，包括具有碳原子以sp2杂化轨道形成的多环芳香烃，是碳原子及其共价键连接形成的蜂巢晶格，可以是形成6元环作为基本重复的单元，5元环及7元环也可以形成。石墨烯具有独特的导电性、机械性、和化学特性，在柔性电子工业的应用特别引人注目。例如，电子在石墨烯片层中移动时受到很小的阻力，因而其移动速度非常块，可以接近光的速度。石墨烯可以通过多种方法在基材上制备，例如美国专利，申请公开号为No.2011/0091647公开了一种制备石墨烯的方法，即化学气相沉积法(CVD)。一般来讲，化学气相沉积法是一种将薄膜层沉积在基材上的工艺方法，在制备过程中基材在真空沉积加工腔室中被加热到高温，这个温度可以达到几百摄氏度，之后反应气体被通入反应腔室，并被加热激化发生化学反应，这样，一层薄膜便生成在基材上了，最后将沉积有薄膜的基材冷却至室温状态，将薄膜从基材上分离下来。如此便完成了薄膜的制作。上面所提到的美国专利，申请公开号为No.2011/0091647披露一种利用化学气相沉积法制备石墨烯的方法，通过这种方法可以让石墨烯在金属基材上生成，例如所述的金属基材可以为铜箔，其在前面所述的气态碳源中经热处理，特别的，所述的气态碳源为烃气和氢气的混合气体。金属基材被放入管式炉中所述的管式炉通常包括一反应腔室，在这里在一特定的温度下发生加热反应，所述的腔室通常被加热元件所包围，并且同气态碳源流动连接。我们认为在反应中，一些受热的氢气分子分解成氢原子，分解产生的氢原子之后又与受热的烃气反应，(具有代表性的烃气为甲烷)，之后形成一种或多种含碳物，当这些碳接触到稍冷一些的金属基材时便沉积在金属基材上生成碳薄膜(石墨烯)，特定时间之后加热反应终止，熔炉及覆有碳薄膜的基材也渐冷却到室温，之后该生成的薄膜可以连着金属基材直接使用，或用已知的方法从金属基材上分离或转移下来之后再使用之。用同样的方式，用CVD法也可以获得氮硼化物薄膜，例如，可以用三氯化硼或三溴化硼和氮或者含氮化合物(如氨作为氮的来源)为原料，以金属箔为基材。而且，除了利用传统的化学气相沉积法制备石墨烯、氮硼化物薄膜及其他大面积薄膜之外，还可以选用其他相关处理方法，例如，等离子化学气相沉积法(PECVD)，也可以使用原子层沉积法(ALD)。在上述生产工艺中，基材的尺寸决定了其上所生成的薄膜的尺寸(例如，这个尺寸可以是表面积)，即基材的大小限制了所制备的薄膜的面积，依次是，反应腔室的维度或CVD设备的腔室限制了基材的大小。一般来讲，反应腔室是一种水平圆柱型石英管，所选用的基材的维度会受到反应腔室的维度的限制(该维度为基材的长度，该维度被定义为平行于反应腔室的枢轴，其长度取决于反应腔室可以被加热部分的长度，就是说其长度取决于熔炉的加热区域的长度)，至于所述基材的宽度，该维度定义为与长度垂直并与圆柱型腔室的径向维度平行。其宽度取决于反应腔室的直径(该直径约等于在利用传统方法将平板放入圆柱型反应腔室中所能获得的最大宽度)。虽然，在制造很长的石英管及制作能容置所述石英管的熔炉上几乎没有技术上的困难。困难在于制造较大直径的石英管，且困难会随着石英管直径的增加而急剧曾加。另外，石英管与其周围金属部件之间的连接会因为制造尺寸上的错误或石英管的圆度的放大随着直径的增加变得具有不确定性。因而，由于石英管反应腔室的直径会受到实际上的限制，这反过来又限制了所选用的被放入其中的基材的宽度。相应的，一种将金属箔基材放入石英管反应器腔室的技术，例如可以是这样一种技术，这种技术使得基材的宽度以及之后所产生的薄膜的宽度，可以大幅度增加，而不会受到现存的CVD熔炉反应腔室直径的限制；能够给采用CVD或相似制作薄膜的工艺带来好处的技术。然而，尽管CVD工艺已经存在并应用许多年了，这样的技术却鲜有研究者。虽然，前案已经为提供这样一种技术做出了努力，但是这种努力却令人不太满意。例如，前案包括一种技术方案，通过该技术方案可以将基材绕着圆柱形支撑物缠绕，但是这一技术所提供的基材宽度也只有反应腔室直径的三倍而已。而且，如前面提到的美国专利，专利申请公开号为No.2011/0091647公开了使用约两米宽的铜箔作为制备石墨烯的基材，这意味着制备的石墨烯也可以具有可比较的宽度，但是该专利中也提到了如此宽度的平板基材在实际生产中是不具有可行性的，这是由于在制造上的困难及上面提及的与生产直径不断增加的石英管的反应腔室相关的困难所决定的。因此，本专利技术旨在提供一种改进的使用CVD或CVD型熔炉合成大面积薄膜的方法及其设备，其所制备的薄膜的宽维度可以大幅度增长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种薄膜的制备设备及其方法。本专利技术是这样实现的，一种制备薄膜的方法，所述的方法包括如下步骤：提供一基材支撑组件，所述的基材支撑组件包括至少两个基材支撑固定装置，每一基材支撑固定装置包括一基座及从基座上延伸出至少一伸出部，所述伸出部的末端为端部，所述端部用于支撑基材；将一基材放置在所述至少两个基材支撑固定装置之间，所述的基材用于沉积薄膜；将所述至少两个基材支撑固定装置沿设有伸出部的面相嵌合，从而使基材绕所述端部弯曲；将所述的基材支撑组件放入一反应器的反应腔室中；在所述的基材表面生成薄膜；及从所述的基材支撑组件上拆卸下基材。优选地，所述每一基材支撑固定装置的伸出部为至少两个，所述至少两个基材支撑固定装置的伸出部之间交叉相对设置。优选地，所述的端部为圆柱形的管或杆。优选地，所述薄膜为石墨烯或氮硼化物。优选地，所述基材进一步覆盖所述基座的外表面。优选地，所述的基材为铜箔。本专利技术还提供一种制备薄膜的设备，所述的设备包括：一基材支撑组件，所述的基材支撑组件包括至少两个基材支撑固定装置；每一基材支撑固定装置包括一基座及从基座上延伸出至少一伸出部，所述伸出部的末端为端部，所述端部用于支撑基材；所述至少两个基材支撑固定装置沿设有伸出部的面相嵌合，从而使基材绕所述端部弯曲。优选地，所述每一基材支撑固定装置的伸出部为至少两个，所述至少两个基材支撑固定装置的伸出部之间交叉相对设置。优选地，所述的端部为圆柱形的管或杆。优选地，所述薄膜为石墨烯或氮硼化物。优选地，所述基材进一步覆盖所述基座的外表面。优选地，所述的基材为铜箔。本专利技术有如下优点：通过提供一种基材支撑组件，所述的基材支撑组件包括至少两个基材支撑固定装置；每一基材支撑固定装置包括一基座及从基座上延伸出至少一伸出部，所述伸出部的末端为端部，所述端部用于支撑基材；将基材放在所述的至少两个基材支撑固定装置之间，交叉嵌合固定装置，使基材在基材支撑组件中弯曲折叠，大大增加了基材的宽度，从而能制作出大尺寸的薄膜，而不受熔炉直径尺寸的制约，安全可靠，成本低。附图说明图1、是传统的在CVD设备的反应腔室中生产诸如石墨烯等薄膜的示意图；图2、是本专利技术基材支撑固定机构的较佳实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜的制备方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤： 提供一基材支撑组件，所述的基材支撑组件包括至少两个基材支撑固定装置，每一基材支撑固定装置包括一基座及从基座上延伸出至少一伸出部，所述伸出部的末端为端部，所述端部用于支撑基材； 将一基材放置在所述至少两个基材支撑固定装置之间，所述的基材用于沉积薄膜； 将所述至少两个基材支撑固定装置沿设有伸出部的面相嵌合，从而使基材绕所述端部弯曲； 将所述的基材支撑组件放入一反应器的反应腔室中； 在所述的基材表面生成薄膜；及 从所述的基材支撑组件上拆卸下基材。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜的制备方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：提供一基材支撑组件，所述的基材支撑组件包括至少两个基材支撑固定装置，每一基材支撑固定装置包括一基座及从基座上延伸出至少一伸出部，所述伸出部的末端为端部，所述端部用于支撑基材；将一基材放置在所述至少两个基材支撑固定装置之间，所述的基材用于沉积薄膜；将所述至少两个基材支撑固定装置沿设有伸出部的面相嵌合，从而使基材绕所述端部弯曲；将所述的基材支撑组件放入一反应器的反应腔室中；在所述的基材表面生成薄膜；及从所述的基材支撑组件上拆卸下基材。2.如权利要求1所述的薄膜的制备方法，其特征在于：所述每一基材支撑固定装置的伸出部为至少两个，所述至少两个基材支撑固定装置的伸出部之间交叉相对设置。3.如权利要求2所述的薄膜的制备方法，其特征在于：所述的端部为圆柱形的管或杆。4.如权利要求1所述的薄膜的制备方法，其特征在于：所述薄膜为石墨烯或氮硼化物。5.如权利要求1所述的薄膜的制备方法，其特征在于：所述基材进...

【专利技术属性】
技术研发人员：林朝晖，李雪松，
申请(专利权)人：福建省辉锐材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35