一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气处理装置，所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管A、感应线圈A、高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述尾气处理装置包括气体流量控制器B、加热室、储气室。该装置生产出的石墨烯量多，达到工业生产的标准，同时对废气进行处理，不会对环境造成影响。

A device for preparing graphene by silicon carbide epitaxy

The utility model discloses a device for preparing graphene by silicon carbide epitaxy, which comprises an air inlet device, a reaction device and a tail gas treatment device. The air inlet device comprises an air inlet pipe, a gas flow controller assembly and a control valve assembly; the reaction device comprises a copper tube A and an induction arranged on the inner wall of the reaction device. A coil A, a high frequency induction heating device, a plurality of nickel chromium ferroalloy pallets and a plurality of metal porous plates are arranged; a suction valve is arranged on the left side of the reaction device and is connected with a molecular pump A near the end of the reaction device and a mechanical pump at the far end of the reaction device; the tail gas processing device comprises a gas flow controller B, a heating chamber and a gas storage chamber. The device produces a large amount of graphene, which meets the standard of industrial production. At the same time, the waste gas is treated without any environmental impact.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置
本技术涉及一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在制作锂电池负极时，可以在两面镶嵌锂离子，从而具有普通碳材料两倍甚至更多的比容量，同时石墨烯的微观褶皱表面提供了锂离子额外的存储空间。碳化硅外延生长法制备石墨烯是以SiC单晶片为原料，进行去氧化物处理，然后在高温（通常>1400℃）和超高真空（通常<10-6Pa）（或氩气等稀有气体保护气氛）条件下使其表层中的Si原子蒸发，表面剩下的C原子通过自组形势发生重构，即可得到基于SiC单晶基底的石墨烯，被广泛认为是实现石墨烯在大规模集成电路中应用的唯一途径。目前，碳化硅外延生长法制备石墨烯的设备达不到工业生产的标准，生产的石墨烯的量较少，并且尾气处理不好，容易对环境造成影响。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置。本技术的目的通过以下技术方案来实现：一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气处理装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管A、设置在铜管A上的感应线圈A、与感应线圈A相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有多个进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B；所述尾气处理装置包括氢气流量控制器B、加热室、储气室。优选地，所述铜管A需要进行绝缘处理，所述感应线圈A设置在所述铜管A之上后需要用绑绕耐高温绝缘胶带。优选地，所述镍铬铁合金托盘两侧焊接在所述金属多孔板上，所述金属多孔板与所述铜管A为可拆卸式连接。优选地，所述气体流量控制器组件包括了氢气气源A、硅烷气源及氩气气源流量控制器，分别在进气口设置了氢气气源控制阀门A、硅烷气源控制阀门和氩气源控制阀门。优选地，所述高频感应加热设备在通电情况下，可以使得反应装置内的金属和反应物质在互感电流的作用下加热到800℃-1800℃。优选地，所述反应装置外侧设有冷却管，其材质为纤维增强塑料软管，所述冷却管与水箱连接。优选地，所述加热室内设置有铜管B、缠绕在铜管B上的感应线圈B和加热控制器，所述氢气流量控制器B连接有一氢气气源控制阀门B，其中加热控制器B直接控制感应线圈B的发热功率。本技术具有以下优点：一种碳化硅外延生长法制备石墨烯的设备通过多层结构使得生产出的石墨烯量多，达到工业生产的标准，同时对废气进行处理，该装置不会对环境造成影响。附图说明图1为本技术的结构示意图；图中：1-进气管，2-氢气气源流量控制器，3-硅烷气源流量控制器，4-氩气气源流量控制器，5-氢气气源控制阀门A5，6-硅烷气源控制阀门，7-氩气气源控制阀门，8-金属多孔板，9-铜管A，10-感应线圈A，11-高频感应加热设备，12-机械泵，13-分子泵A，14-机械泵阀门，15-分子泵A阀门，16-分子泵B，17-氢气流量控制器B，18-氢气气源控制阀门B，19-加热控制器，20-感应线圈B，21-铜管B，22-储气室，23-冷却管，24-水箱，25-镍铬铁合金托盘。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的描述，但本技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种名称碳化硅外延法制备石墨烯的装置，一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气处理装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管1、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管A9、设置在铜管A9上的感应线圈A10、与感应线圈A10相连的高频感应加热设备11、多个镍铬铁合金托盘25和多个金属多孔板8；所述反应装置的底部和顶部分别设有多个进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A13和远端的机械泵12；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B16；所述尾气处理装置包括氢气流量控制器B17、加热室、储气室22。优选地，所述铜管A9需要进行绝缘处理，所述感应线圈A10设置在所述铜管A9之上后需要用绑绕耐高温绝缘胶带。优选地，所述镍铬铁合金托盘7两侧焊接在所述金属多孔板8上，所述金属多孔板8与所述铜管A9为可拆卸式连接。优选地，所述气体流量控制器组件包括了氢气气源A2、硅烷气源3及氩气气源4流量控制器，分别在进气口设置了氢气气源控制阀门A5、硅烷气源控制阀门6和氩气源控制阀门7。优选地，所述高频感应加热设备11在通电情况下，可以使得反应装置内的金属和反应物质在互感电流的作用下加热到800℃-1800℃。优选地，所述反应装置外侧设有冷却管23，其材质为纤维增强塑料软管，所述冷却管23与水箱24连接。优选地，所述加热室内设置有铜管B21、缠绕在铜管B21上的感应线圈B20和加热控制器19，所述氢气流量控制器B17连接有一氢气气源控制阀门B，其中加热控制器19直接控制感应线圈B20的发热功率。本技术的工作过程如下：优选地，先将零偏双抛单晶4H-SiC作为衬底，放置在镍铬铁合金盘25上，打开机械泵阀门，利用机械泵12先对反应装置进行初步抽真空；然后关闭分子泵A13阀门，再利用分子泵A13对反应装置进行再次抽真空，确保装置内达到完全真空的状态，关闭分子泵A13的阀门。将碳化硅衬底表面进行氢刻蚀，调节氢气气源流量控制器2，通入氢气量：90L/min，利用感应线圈将碳化硅衬底加热到1600℃,保持温度60min，以去除杂质和使衬底出现平行状的台阶状结构。调节氢气气源流量控制器2，再通入流量为20L/min的氢气，温度降至1000℃，保持15min；停止通氢气，调节硅烷气源流量控制器3，再通入流量为0.5L/min的硅烷流，再降温至850℃，保持10min；停止通入硅烷流，调节氩气气源流量控制器4通入2L/min的氩气流，升温至1000℃，保持5min；升温至1100℃，保持5min；升温至1250℃，保持10min，为衬底重构过程。调节氩气气源流量控制器4在通入2L/min的氩气，在氩气氛围下温度分别上升至1400℃，1500℃，1600℃，保持90min，调节氩气气源流量控制器4，再改通4L/min的氩气直到降至室温。在通入氢气的过程中，利用氢气流量控制器B17和氢气气源控制阀门B18，对氢气尾气的流量进行检测，然后利用加热控制器19控制感应线圈B20加热铜管B21，对进入加热室的氢气进行热处理，而硅烷流和氩气气体都进入储气室。在反应过程中，利用冷却管23对整个仪器进行降温处理，以达到保护仪器的作用。在反应结束后，取出在镍铬铁上的反应物即可。最后应该说明的是：以上所述仅为技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，尽管参照前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，改进等，均应包括含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气处理装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管A、设置在铜管A上的感应线圈A、与感应线圈A相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有多个进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B；所述尾气处理装置包括氢气流量控制器B、加热室、储气室。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气处理装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管A、设置在铜管A上的感应线圈A、与感应线圈A相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有多个进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B；所述尾气处理装置包括氢气流量控制器B、加热室、储气室。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，其特征在于：所述铜管A需要进行绝缘处理，所述感应线圈A设置在所述铜管A之上后需要用绑绕耐高温绝缘胶带。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅外延法制备石墨烯的装置，其特征在于：所述镍铬铁合金托盘两侧焊接在所述金属多孔板上，所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴翀，魏欣，魏泽忠，
申请(专利权)人：成都格莱飞科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51