一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于化学气相沉积领域，具体公开了一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置，公开的垂直异质结材料为由石墨烯类材料和过渡金属二硫族化物材料组成的至少两层结构的垂直异质结；其中，所述石墨烯类材料和所述过渡金属二硫族化物材料均采用化学气相沉积法制备；所述石墨烯类材料为所述过渡金属二硫族化物材料的基底材料。本实用新型专利技术提供的化学气相沉积装置能够实现包含过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的生长，为基于过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的研究提供基础和支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置
本专利技术属于化学气相沉积领域，特别是一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置。
技术介绍
CVD技术在生长二维材料的过程中，已经成为越来越重要的方法，最典型的例子就是CVD法生长石墨烯、氮化硼以及过渡金属二硫族化物(TMDs)。石墨烯超强的电学性质已经得到了很多实验的证实，但是其零带隙的特性成为了它在电子器件方面应用的最大阻碍。氮化硼作为类石墨烯结构，其晶格结构与石墨烯类似，失配度很小，且作为原子级平滑的绝缘二维材料，它的表面几乎没有悬挂键，这也使得它成为石墨烯以及其他二维材料的理想基底及绝缘层。TMDs材料作为新兴材料，其硫族元素和过渡金属组成可以有多种多样，所以它是一族很大的分类，而且其在光学，电学方面多有用途，但其电学性质受层数、基底的影响。基于过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的研究价值重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种垂直异质结材料及化学气相沉积装置，以解决现有技术中的不足，它能够实现包含过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的生长，为基于过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的研究提供基础和支撑。本专利技术的一个方面提供了一种垂直异质结材料，所述垂直异质结材料为由石墨烯类材料和过渡金属二硫族化物材料组成的至少两层结构的垂直异质结；其中，所述石墨烯类材料和所述过渡金属二硫族化物材料均采用化学气相沉积法制备；所述石墨烯类材料为所述过渡金属二硫族化物材料的基底材料。如上所述的垂直异质结材料，其中，优选的是，所述石墨烯类材料为下列材料之一：石墨烯、氮化硼、由石墨烯和氮化硼形成的异质结。本专利技术的另一个方面提供了一种生长上述垂直异质结材料的化学气相沉积装置，该化学气相沉积装置包括：设置有化学沉积反应区的主腔体，所述化学沉积反应区处设置有用于提供待反应气体发生化学沉积反应所需温度的第一加热装置；气体源装置，设置在所述主腔体外部，用于向所述化学沉积反应区提供生长所述石墨烯类的材料；副腔体，设置在所述主腔体内部，用于盛放并加热固态源以向所述化学沉积反应区提供生长所述过渡金属二硫族化物的材料；可通过控制所述气体源装置的通断和所述副腔体与所述主腔体的连通情况使得通过化学沉积法得到所述石墨烯类材料与通过化学沉积法得到所述过渡金属二硫族化物材料呈垂直异质结结构，且所述所述石墨烯类材料为所述过渡金属二硫族化物材料的基底材料。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述第一加热装置包括设置在竖直方向上的彼此相对的可升降的上加热器和可升降的下加热器；所述下加热器朝向所述上加热器的一侧设置有用于承载基底材料的托盘；所述托盘上方形成所述化学沉积反应区。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述可升降的上加热器包括第一电机轴和第一加热器；所述第一电机轴安装在所述主腔体的上盖上，并可相对所述主腔体的上盖升降；所述第一加热器固定设置在所述第一电机轴远离所述主腔体的上盖的一端。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述可升降的下加热器包括第二电机轴和第二加热器；所述第二电机轴安装在所述主腔体的底盖上，并可相对所述主腔体的底盖升降；所述第二加热器固定设置在所述第二电机轴远离所述主腔体的底盖的一端。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述副腔体包括密封相连的第一副腔体和第二副腔体；所述第一副腔体用于盛放并挥发固态硫源获得气态硫源；所述第二副腔体用于盛放并挥发固态过渡金属源获得气态过渡金属源；所述第一副腔体内的所述气态硫源流向所述第二副腔体内，并与所述第二副腔体内产生的所述气态过渡金属源作用生成气态过渡金属二硫族化物，所述气态过渡金属二硫族化物流向所述化学沉积反应区进行化学气相沉积得到所述过渡金属二硫族化物材料。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述第一副腔体上设置有第一进气口和第一出气口，所述第二副腔体上设置有第二进气口和第二出气口；所述第一进气口处密封连接有带第一截止阀的第一管道，所述第一出气口通过中间管道连接所述第二进气口，所述第二出气口处密封连接有带第二截止阀的第二管道，所述第二管道的另一端延伸至所述化学沉积反应区。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述第一副腔体和所述第二副腔体均包括：密封腔体；第二加热装置，设置在所述密封腔体内，用于盛放并加热对应的固态源使其挥发。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述第二加热装置包括由内到外依次嵌套设置的内衬层、加热元件和外固定层；所述内衬层形成具有顶部开口的第一容器，所述第一容器用于盛放对应的固态源；加热元件，设置在所述第一容器的外部周侧，用于加热对应的固态源使其挥发。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述第二加热装置还包括电偶元件；所述电偶元件设置在所述外固定层内，并电连接所述加热元件，用于测量所述加热元件的温度。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述化学气相沉积装置还包括悬浮催化剂装置；所述悬浮催化剂装置用于从所述化学沉积反应区的上方向所述化学沉积反应区提供催化剂。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述悬浮催化剂装置包括：载板，其上设有一个或多个用于安放催化剂的穿孔；第三电机轴，一端固定连接所述载板，另一端转动连接所述主腔体的上盖。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述化学气相沉积装置还包括抽气装置；所述抽气装置通过带第三截止阀的第三管道连接所述主腔体，用于对所述主腔体进行抽气使所述主腔体达到生长所述石墨烯类材料所需要的第一气压。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述化学气相沉积装置还包括充气装置；所述充气装置通过带第四截止阀的第四管道连接所述主腔体，用于对所述主腔体进行充气使所述主腔体达到生长所述过渡金属二硫族化物材料所需要的第二气压、和/或向所述主腔体内提供反应保护气。如上所述的化学气相沉积装置，其中，优选的是，所述化学气相沉积装置还包括气压维持装置；所述气压维持装置通过带第五截止阀的第五管道连接所述主腔体，用于对维持所述主腔体内的气压等于大气压。与现有技术相比，本专利技术提供的一种垂直异质结材料及化学气相沉积异质结的装置，它能够实现包含过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的生长，为基于过渡金属二硫族化物(TMDs)的多层异质结的研究提供基础和支撑。具体的，以上多层至少两层结构的垂直异质结材料，实现了与过渡金属二硫族化物相关异质结的层数增加，为层数对过渡金属二硫族化物的性能影响研究提供了基础。再者，通过在石墨烯类作为过渡金属二硫族化物的化学气相沉积成长的基底，为衬底对过渡金属二硫族化物的性能影响研究提供了基础，也一定程度上保证了过渡金属二硫族化物的电学性质、光学性质。附图说明图1是本申请的一实施例提供的冷壁化学气相沉积装置的一个方向结构示意图；图2是本申请的一实施例提供的冷壁化学气相沉积装置的另一个方向结构示意图；图3是副腔体的结构示意图；图4是第一副腔体的具体结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直异质结材料，其特征在于：所述垂直异质结材料为由石墨烯类材料和过渡金属二硫族化物材料组成的至少两层结构的垂直异质结；/n其中，所述石墨烯类材料和所述过渡金属二硫族化物材料均采用化学气相沉积法制备；/n所述石墨烯类材料为所述过渡金属二硫族化物材料的基底材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直异质结材料，其特征在于：所述垂直异质结材料为由石墨烯类材料和过渡金属二硫族化物材料组成的至少两层结构的垂直异质结；
其中，所述石墨烯类材料和所述过渡金属二硫族化物材料均采用化学气相沉积法制备；
所述石墨烯类材料为所述过渡金属二硫族化物材料的基底材料。


2.根据权利要求1所述的垂直异质结材料，其特征在于：所述石墨烯类材料为下列材料之一：
石墨烯、氮化硼、由石墨烯和氮化硼形成的异质结。


3.一种生长权利要求1所述垂直异质结材料的化学气相沉积装置，其特征在于，所述化学气相沉积装置包括：
设置有化学沉积反应区的主腔体(1)，所述化学沉积反应区处设置有用于提供待反应气体发生化学沉积反应所需温度的第一加热装置(2)；
气体源装置，设置在所述主腔体(1)外部，用于向所述化学沉积反应区提供生长所述石墨烯类的材料；
副腔体(3)，设置在所述主腔体(1)内部，用于盛放并加热固态源以向所述化学沉积反应区提供生长所述过渡金属二硫族化物的材料；
可通过控制所述气体源装置的通断和所述副腔体(3)与所述主腔体(1)的连通情况使得通过化学沉积法得到所述石墨烯类材料与通过化学沉积法得到所述过渡金属二硫族化物材料呈垂直异质结结构，且所述石墨烯类材料为所述过渡金属二硫族化物材料的基底材料。


4.根据权利要求3所述化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一加热装置(2)包括设置在竖直方向上的彼此相对的可升降的上加热器(21)和可升降的下加热器(22)；
所述下加热器(22)朝向所述上加热器(21)的一侧设置有用于承载基底材料的托盘(23)；
所述托盘(23)上方形成所述化学沉积反应区。


5.根据权利要求4所述化学气相沉积装置，其特征在于，所述可升降的上加热器(21)包括第一电机轴(211)和第一加热器(212)；
所述第一电机轴(211)安装在所述主腔体(1)的上盖上，并可相对所述主腔体(1)的上盖升降；
所述第一加热器(212)固定设置在所述第一电机轴(211)远离所述主腔体(1)的上盖的一端。


6.根据权利要求4所述化学气相沉积装置，其特征在于，所述可升降的下加热器(22)包括第二电机轴(221)和第二加热器(222)；
所述第二电机轴(221)安装在所述主腔体(1)的底盖上，并可相对所述主腔体(1)的底盖升降；
所述第二加热器(222)固定设置在所述第二电机轴(221)远离所述主腔体(1)的底盖的一端。


7.根据权利要求3所述化学气相沉积装置，其特征在于，所述副腔体(3)包括密封相连的第一副腔体(33)和第二副腔体(34)；
所述第一副腔体(33)用于盛放并挥发固态硫源获得气态硫源；
所述第二副腔体(34)用于盛放并挥发固态过渡金属源获得气态过渡金属源；
所述第一副腔体(33)内的所述气态硫源流向所述第二副腔体(34)内，并与所述第二副腔体(34)内产生的所述气态过渡金属源作用生成气态过渡金属二硫族化物，所述气态过渡金属二硫族化物流向所述化学沉积反应区进行化学气相...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔伟成，赵勇杰，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34