[发明专利]CVD生长多层异质结的方法和装置

说明书

本发明提供了一种CVD生长多层异质结的方法和装置。本发明首先利用CVD装置在铜箔上生长出六方氮化硼薄膜，然后通过CVD装置内的传动装置，将新铜箔移动到高温生长区催化碳源生长石墨烯薄膜。重复以上过程，得到任意多层氮化硼/石墨烯的异质结。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备与化学设备技术领域，尤其涉及一种多层二维材料异质结的制备方法及装置。

背景技术

石墨烯作为近年来最火的二维材料，对于它的研究从它被成功剥离出来已经持续了十余年。石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，它具有很多优良的特性，比如超高的电子迁移率，超高的抗拉强度和弹性模量，超高的电热性能，以及近似透明。但是近年来的研究发现，对于单一的石墨烯材料，其应用范围太窄，如果能将其与别的材料复合，将会出现很多新奇的现象。

六方氮化硼作为“白石墨烯”，近年来受到了很多研究小组的关注。它具有类似石墨烯的层状结构，但是是一种绝缘材料，其能带宽度达到5.9eV。由于其没有悬挂键且二维层状材料具有原子尺度平滑的特性，使得它成为了石墨烯器件非常理想的衬底。

将石墨烯与六方氮化硼生长在一起成为异质结，目前还有许多困难，制备方法目前还是CVD(化学气相沉积)为主。但是由于生长这两种二维材料都需要合适的催化剂(铜，镍等金属)作为生长基底来降低生长温度，所以催化剂对于生长至关重要。但是在生长完第一层材料之后，基底就被材料覆盖，从而失去了催化作用，这使得生长第二层异质结材料时非常困难。

发明内容

有鉴于此，本发明第一方面提供一种用于制备多层二维材料异质结的装置，所述装置包括：

1)CVD生长腔室，所述腔室底部载有基底铜箔，基底铜箔上方设有加热装置，从而在基底铜箔和加热装置之间形成高温生长区；

2)传动装置，所述传动装置设置在所述CVD生长腔室内，所述传动装置包括步进电机和传送带，所述传送带表面包裹有铜箔；

其中，所述传送带与所述步进电机通过连接机构连接，包裹有铜箔的传送带穿过所述高温生长区。

在优选的实施方案中，所述传送带在步进电机的控制下旋转，且旋转速度可控。

在优选的实施方案中，所述铜箔厚度均为15-40μm，优选25μm。

在优选的实施方案中，在所述高温生长区中，所述传送带与所述基底铜箔垂直距离为2-10mm，优选5mm。

在优选的实施方案中，所述传送带为圆环状。

本发明的装置还包括用于通入生长六方氮化硼所需的前驱体和生长石墨烯所需的碳源的入口。

本发明的第二个方面提供一种多层二维材料异质结的制备方法，主要包括以下步骤：

1)将基底铜箔载入到CVD生长腔室，升温到生长温度；

2)向CVD生长腔室通入生长六方氮化硼所需的前驱体，沉积到整个铜箔表面生长六方氮化硼薄膜；

3)停止向CVD生长腔室通入生长六方氮化硼所需的前驱体，利用传动装置将新铜箔缓慢移入到高温生长区，使其正对步骤2)生长的六方氮化硼薄膜；

4)向CVD生长腔室通入生长石墨烯所需的碳源，沉积到石墨烯覆盖整个六方氮化硼薄膜表面；

5)停止向CVD生长腔室供应生长石墨烯所需的碳源，同时供应生长六方氮化硼所需的前驱体，通过传动装置将新铜箔引入到高温生长区域，在石墨烯表面形成六方氮化硼薄膜；

6)重复步骤2)至步骤5)，得到多层六方氮化硼/石墨烯/六方氮化硼异质结。

在优选的实施方案中，所述CVD生长腔室为真空，优选为高真空。