[发明专利]等离子体增强化学气相沉积制备二维材料的系统及方法

权利要求书

1.一种等离子体增强化学气相沉积制备二维材料的系统，其特征在于：所述系统包括真空系统、衬底加热系统、等离子体增强系统和进气管路；所述真空系统包括真空泵(1)、镀膜腔室(11)和进样腔室(12)，两个真空腔室之间通过管路和阀门连接；在镀膜腔室(11)和进样腔室(12)上均分别设有进气口、出气口以及多个观测窗口；进样腔室(12)内部设有衬底推架(14)，衬底推架(14)与磁力传递杆(13)连接；在镀膜腔室(11)内设置衬底加热系统，衬底加热系统包括样品台(2)，以及分别安装在样品台上方和下方的上加热器(21)和下加热器(22)；所述等离子体增强系统含有等离子体发生器(3)；上极板(32)和下极板(31)分别设置在样品台的上表面和下表面，并分别通过引线与设置在镀膜腔室(11)外部的等离子体发生器(3)连接；

所述的进气管路包含前驱体气体管路(41)、辅助气体管路(42)、保护气体管路(43)和混气室(4)；所述的前驱体进气管路(41)分为两路，其中一路气体管路(41a)独立控制通入真空腔体内部的样品台(2)上方，该条气体管路(41a)设有伸缩调节机构；另一路气体管路(41b)与辅助气体管路(42)和保护气体管路(43)经混气室(4)混合后通入镀膜腔室(11)。

2.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积制备二维材料的系统，其特征在于：所述的等离子体增强系统采用低温等离子能量源，利用射频放电或微波放电进行等离子体增强。

3.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积制备二维材料的系统，其特征在于：所述的上加热器(21)和下加热器(22)采用电阻丝或红外加热装置。

4.采用如权利要求1或2所述系统的一种等离子体增强化学气相沉积制备二维材料的方法，所述二维材料包含：单质二维纳米晶体、层状过渡金属硫属化合物、层状金属卤化合物、层状金属氧化物以及过渡金属碳化物和氮化物，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将衬底放入进样腔室之前，进行清洗；

2)将衬底放入进样腔室后，再开始抽气，使真空度至少达到5.0×10^-3Pa；

3)利用磁力传递杆和衬底推架将衬底送入镀膜腔室样品台上，当背景压强处于至少8×10^-7Pa时，开启等离子体增强系统对衬底进行等离子清洗直至系统真空度稳定；关闭等离子体增强系统，同时对衬底加热至30℃至600℃；

4)当清洗完成并衬底加热到指定温度时，将保护气体和辅助气体的混合气体通过质量流量计控制通入镀膜腔室，前驱体气体通过质量流量计控制单独气路通入样品台上方或通过混气室通入镀膜腔室；

5)再次开启等离子体增强系统，对二维材料在衬底生长过程中进行辅助增强；

6)二维材料在衬底生长结束后关闭前驱体气体和辅助气体，并在保护气体气氛下进行降温。

5.如权利要求4所述的一种等离子体增强化学气相沉积制备二维材料的方法，其特征在于：所述衬底采用金属材料、无机非金属材料或高分子材料。