[实用新型]石墨烯薄膜的制备设备

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体工艺技术领域，涉及一种薄膜制备方法，尤其涉及一种石墨烯薄膜的制备设备。

背景技术

石墨烯（Graphene）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。化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法，该方法院利用甲烷等含碳化合物作为碳源，通过其在基体表面的高温分解生长石墨烯，具有产物质量高、生长面积大等优点，逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。

在碳源方面，目前生长石墨烯的碳源主要是烃类气体，如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等。选择碳源需要考虑的因素主要有烃类气体的分解温度、分解速度和分解产物等。碳源的选择在很大程度上决定了生长温度，采用等离子体辅助等方法也可降低石墨烯的生长温度。

在生长基体方面，目前使用的生长基体主要包括金属箔或特定基体上的金属薄膜。金属主要有Ni、Cu、Ru以及合金等，选择的主要依据有金属的熔点、溶碳量以及是否有稳定的金属碳化物等。这些因素决定了石墨烯的生长温度、生长机制和使用的载气类型。另外,金属的晶体类型和晶体取向也会影响石墨烯的生长质量。

在生长条件上，采用负压以利于含碳气体的电离，保护气体可采用还原性气体(H2)或惰性气体(Ar、He)。生长温度在400～1000℃左右，当然这主要取决于碳源的选择。

在以往的CVD法生长石墨烯的过程中，碳原子向衬底表面沉积是通过扩散过程自发进行的，难以进行人为控制，使其他离子所携带的碳也参与反应，造成石墨烯生长模式不一致，进而影响薄膜质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种石墨烯薄膜的制备设备，可提高气相沉积石墨烯的品质和效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种石墨烯薄膜的制备设备，所述制备设备包括工作腔，工作腔设有碳源入口、残余气体出口；

所述工作腔内设有衬底、筛选电场上极板、第一筛选电场电极、第二筛选电场电极、加速电场上极板、加速电场下极板、第一加速电场电极、第二加速电场电极、可移动加热板；

所述第一筛选电场电极、第二筛选电场电极分别设置于碳源入口的两侧，第一筛选电场电极、第二筛选电场电极分别与筛选电场上极板连接，形成筛选电场区域；

所述第一加速电场电极、第二加速电场电极分别设置于残余气体出口的两侧，第一加速电场电极、第二加速电场电极分别与加速电场下极板连接；

所述衬底放置于可移动加热板上，可移动加热板置于加速电场下极板上、加速电场上极板与加速电场下极板之间。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一筛选电场电极、第二筛选电场电极分别通过螺纹方式与筛选电场上极板连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一加速电场电极、第二加速电场电极分别通过螺纹方式与加速电场下极板连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述制备设备还包括绝缘陶瓷，设置于筛选电场上极板与加速电场下极板之间。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的石墨烯薄膜的制备设备，通过控制筛选电场，可有效地将碳离子与其他负离子分离，排除影响石墨烯质量的其他负离子的干扰，同时加速电场的使用可以对生长成核过程进行人为控制。通过合适加速电场的选用，可以有效控制碳离子轰击衬底时的能量及速度，从而控制石墨烯在衬底上的生长模式及形态，使其有利于单晶石墨烯薄膜的生长，最终得到高品质、大尺寸的单晶石墨烯，同时可提高气相沉积石墨烯的品质和效率。

附图说明

图1为本实用新型石墨烯薄膜的制备设备的结构示意图。

图2a为实施例一中调整筛选电场所加偏压的示意图。

图2b为实施例二中调整筛选电场所加偏压的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

本实用新型揭示了一种石墨烯薄膜的制备设备，请参阅图1，本实用新型制备设备包括工作腔12，工作腔12设有碳源入口1、残余气体出口8，工作腔12内设有衬底4、筛选电场上极板5、加速电场上极板6、加速电场下极板7、加速电场电极9、筛选电场电极10、可移动加热板11。