【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型低维半导体材料制备领域，具体涉及一种二维半导体的生长系统及其生长方法。
技术介绍
1、对于半导体产业来说，材料和设备是基石，是推动集成电路不断发展的引擎。晶圆制造是半导体产业中重要一环，半导体晶圆的尺寸(以直径计算)主要有4英寸及以下、6英寸、8英寸、12英寸等规格。半导体晶圆的直径越大，在单片晶圆上可制造的芯片数量就越多，单位芯片的成本随之降低。正因为如此，半导体晶圆在不断向大尺寸的方向发展。以过渡金属硫属化合物为代表的二维半导体材料作为后摩尔时代极具发展前景的新型电子材料，有望在新型光电、信息器件、柔性电子等领域实现应用突破。目前主流合成二维半导体材料的方式有：化学气相沉积、分子束外延、原子层沉积。化学气相沉积主要包括金属有机化合物化学气相沉积(mocvd)和热化学气相沉积(cvd)。mocvd是一种采用气态源作为前驱体的化学气相沉积系统，相比于其他方法，主要具有以下几个方面的优势，从而成为目前生长晶圆级二维半导体材料最常见的手段：1)其生长的速率稳定并且可调。2)通过控制气路的成分可以精确的控制外延层的组分、掺杂等性质。3)产量大，条件稳定、晶圆的均匀性也可以控制得很好。这些优势使得mocvd脱颖而出，使其成为二维半导体外延系统的有力候选。mocvd目前主要用于大规模生产ⅲ-ⅴ族化合物，而在利用mocvd设备制备二维半导体材料领域，目前还处于实验室研究阶段。大部分报道的工作，晶圆尺寸在4英寸及以下，其外延的薄膜大多是由多晶粒拼接而成，晶粒取向无序，形成比较多的晶界。最重要的问题是，由于金属有机源会存在不可
2、热化学气相沉积cvd是一种采用固态源作为前驱体的化学气相沉积系统，该类型设备价格便宜，成本低廉，是纳米材料生长中常用的系统。目前的实验室研究表明，在热化学气相沉积cvd中，可以通过衬底和范德华外延的方式，实现高定向二维半导体材料的生长，由于晶体取向可控，极大的降低了晶界对载流子迁移率的影响；而且固态源比较稳定，不会存在碳污染问题。因此，这种生长系统显示出了其在生长高质量连续二硫化钼薄膜方面的潜力。但是，在利用热化学气相沉积cvd生长高质量的晶圆级二硫化钼薄膜的过程中，由于源浓度及温度场空间的分布不均匀，容易造成生长梯度，使得最终得到的晶圆不同区域薄膜存在不均匀性。因此在很大程度上妨碍了晶圆级二硫化钼薄膜在大规模集成电路中的应用。
3、目前二维半导体材料的晶圆制造仍存在以下几个问题：1、如何实现大晶粒，单一取向的二维半导体材料。2、如何保证薄膜的均匀性。3、如何控制薄膜的层数。4、如何实现设备的通用性。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种二维半导体的生长系统及其生长方法。本专利技术的生长系统与类似设备相比，具有新型的设备结构与功能。
2、在阐述本
技术实现思路
之前，定义本文中所使用的术语如下：
3、术语“高纯石英”是指：纯度为99.9％的石英，长期使用温度可达1100－1200℃。
4、术语“cvd”是指：热化学气相沉积。
5、为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种二维半导体的生长系统，所述生长系统包括：高温管式炉、固态源可动封堵盘、抽气封堵盘、石英管支撑托、支撑架和气路面板；其中，所述固态源可动封堵盘包括：真空规、密封板、并联板、波纹管和进气管；
6、优选地，所述二维半导体的晶圆尺寸为2～8英寸，更优选为4～8英寸，最优选为8英寸；和/或
7、优选地，所述二维半导体的材料选自以下一种或多种：过渡族金属硫化物、过渡族金属硒化物、过渡族金属碲化物，更优选为二硫化钼、二硫化钨、二硒化钨、二硒化钼。
8、根据本专利技术第一方面的二维半导体的生长系统，其中，
9、所述高温管式炉为三加热区控温的电阻式高温管式炉，其包括：炉体、主腔石英管和隔热板；其中，
10、所述炉体为上下开合式炉体，上下两部分炉体均包含隔热层和加热区；其中，所述隔热层包括第一隔热层、第二隔热层、第三隔热层和第四隔热层；所述加热区包括第一加热区、第二加热区和第三加热区；所述第一隔热层优选位于炉体边沿，厚度优选为20～40mm，更优选为25～35mm；所述第二隔热层优选位于第一加热区与第二加热区之间，厚度优选为500～700mm，更优选为550～650mm；所述第三隔热层优选位于第二加热区与第三加热区之间，厚度优选为100～200mm，更优选为120～160mm；所述第四隔热层优选位于第三加热区边缘，厚度优选为60～120mm，更优选为80～100mm；
11、所述主腔石英管两侧为法兰，中间为石英砂芯板，所述法兰的端面镜面抛光；所述石英砂芯板的数量优选为1～5片，更优选为1～3片，进一步优选为2片；所述主腔石英管的材质优选为高纯石英；和/或所述主腔石英管的使用温度优选为1100℃～1200℃，最优选为1200℃；和/或
12、所述隔热板包括第一隔热板和第二隔热板；其中，所述第一隔热板的位于第一加热区与第二加热区之间，所述第二隔热板位于第三加热区的外侧；所述隔热板的材料优选为陶瓷，所述陶瓷更优选为以下一种或多种：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷，进一步优选为氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷；
13、优选地，所述第一加热区位于第一隔热层与第二隔热层之间，长度更优选为500～700mm，进一步优选为550～650mm；和/或温度更优选为120℃～150℃，进一步优选为130℃～150℃；
14、优选地，所述第二加热区位于第二隔热层与第三隔热层之间，加热金属源；长度更优选为500～700mm，进一步优选为550～650mm；和/或温度更优选为500℃～600℃，进一步优选为550℃～600℃；
15、优选地，所述第三加热区位于第三隔热层与第四隔热层之间，长度更优选为800～1200mm，进一步优选为950～1100mm；和/或温度更优选为900℃～950℃，进一步优选为900℃～930℃；
16、优选地，所述石英砂芯板具有多孔微结构；和/或
17、优选地，所述第一隔热板包括陶瓷板、陶瓷连接管和陶瓷螺栓，所述第二隔热板为带有多个贯穿直孔的陶瓷板；所述第一隔热板中陶瓷板的孔的类型更优选选自以下一种或多种：螺栓孔、过气的孔、避空的孔；和/或所述第二隔热板的厚度更优选为其直径的20％～60％，进一步优选为25％～50％。
18、根据本专利技术第一方面的二维半导体的生长系统，其中，所述固态源可动封堵盘进一步还包括：纵向移动底座、横向直线模组、第一密封板、真空规、波纹管并联板、蝶式真空波纹管、中心复合进气管、高温源进气管、第一密封板支撑腿、波纹管并联板支撑腿、第二密封板和第二密封板支撑腿；并且所述固态源可动封堵盘的进气类型选自以下一种或多种：高温源进气、主腔进气、低温源进气；其中：...
【技术保护点】
1.一种二维半导体的生长系统，其特征在于，所述二维半导体的生长系统包括：高温管式炉、固态源可动封堵盘、抽气封堵盘、石英管支撑托、支撑架和气路面板；其中，所述固态源可动封堵盘包括：真空规、密封板、并联板、波纹管和进气管；
2.根据权利要求1所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：
3.根据权利要求1或2所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：所述固态源可动封堵盘进一步还包括：纵向移动底座、横向直线模组、第一密封板、真空规、波纹管并联板、蝶式真空波纹管、中心复合进气管、高温源进气管、第一密封板支撑腿、波纹管并联板支撑腿、第二密封板和第二密封板支撑腿；其中，所述固态源可动封堵盘的进气类型选自以下一种或多种：高温源进气、主腔进气、低温源进气；其中：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的二维半导体的生长系统
8.根据权利要求1至7中任一项所述的二维半导体的生长系统，其特征在于，所述二维半导体的生长系统还包括：真空泵、尾气处理系统和控制主机；其中，
9.一种生长二维半导体的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至8中任一项所述的生长系统，并且包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种二维半导体的生长系统，其特征在于，所述二维半导体的生长系统包括：高温管式炉、固态源可动封堵盘、抽气封堵盘、石英管支撑托、支撑架和气路面板；其中，所述固态源可动封堵盘包括：真空规、密封板、并联板、波纹管和进气管；
2.根据权利要求1所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：
3.根据权利要求1或2所述的二维半导体的生长系统，其特征在于：所述固态源可动封堵盘进一步还包括：纵向移动底座、横向直线模组、第一密封板、真空规、波纹管并联板、蝶式真空波纹管、中心复合进气管、高温源进气管、第一密封板支撑腿、波纹管并联板支撑腿、第二密封板和第二密封板支撑腿；其中，所述固态源可动封堵盘的进气类型选自以下一种或多种：高温源进气、主腔进气、低温源进气；其中：...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨蓉，张广宇，陈汉阳，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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