[发明专利]用于临近催化化学气相沉积的装置和方法

说明书

本申请提供用于临近催化化学气相沉积的装置及方法，所述装置包括：在竖直方向上设置的上加热器和下加热器；用于控制它们升降的电机；在下加热器表面上的用于安放基底的样品台；在样品台和上加热器之间的水平导轨；和用于安放催化剂的载板，所述载板和所述样品台之间为用于临近催化化学气相沉积的反应区；其中上下加热器用于对反应区提供二维材料生长所需的温度。通过利用本发明的装置和方法，可以使得在催化剂表面催化得到的二维材料的活性物质扩散到基底，使得在基底上沉积所需的薄膜；同时可以在不具有催化功能的基底上生长强烈依赖催化剂的二维材料的薄膜或异质结。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种在无催化性的基底上生长二维材料的装置和方法。

背景技术

目前通常利用化学气相沉积(CVD)技术大面积生长二维材料，已经从实验室阶段开始走入工业化生产阶段。可以说该技术的发展和进步是二维材料得以推广和应用的基础。

目前二维材料主要为两大家族：石墨烯类材料以及过渡金属二硫化物材料，而石墨烯类材料中的最重要一种就是石墨烯。石墨烯具有极好的电学性能、热学性能、光学性能以及机械性能，但是它的零带隙严重阻碍了它作为电子器件的应用，而且由于基底杂质散射，也会降低它的电学性能。然而，如果能把石墨烯直接生长在硅片或者别的目标基底上，免去转移的过程，那么沉积得到的石墨烯的品质会提高很多。

目前用于二维材料生长的较好基底如硅片，或表面上已沉积有六方氮化硼的基底等都不具备催化功能，而石墨烯又是依赖催化剂的，所以普通的CVD技术是不能满足这样的无催化功能的基底的要求，因而需要在基底临近的地方引入催化剂对二维材料前驱体进行催化，得到二维材料的活性物质扩散到基底材料上成核、生长，由此需要开发临近催化化学气相沉积技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供用于临近催化化学气相沉积的装置以及方法。

在一方面，本发明提供一种用于临近催化化学气相沉积的装置，所述装置包括：

设置在竖直方向上的彼此相对的上加热器和下加热器；

电连接至所述上加热器和下加热器的用于控制它们在所述竖直方向上升降的电机；

设置在所述下加热器表面上的样品台，其用于安放在所述临近催化化学气相沉积期间生长二维材料的基底；

设置在所述样品台和所述上加热器之间并且与它们间隔开的水平导轨；和

设置在所述水平导轨上并且具有一个或多个用于安放催化剂的穿孔的载板，所述载板和所述样品台之间为用于临近催化化学气相沉积的反应区；

其中所述上加热器和所述下加热器用于对所述反应区提供适合所述二维材料生长的温度。

优选地，所述装置还包括设置在所述样品台与所述载板之间的用于测量基底与催化剂之间的距离的光栅尺。

优选地，所述载板的穿孔为用于安放圆帽形催化剂的圆形孔。

优选地，所述装置还包括设置在所述竖直方向上的用于限定所述上加热器在升降过程中的位置的光电二极管。

优选地，所述装置还包括用于控制所述水平导轨在水平方向上运动的传动装置。

在另一方面，本发明提供一种利用上述装置进行临近催化化学气相沉积的方法，所述方法包括：

1)将催化剂安放在载板的穿孔中并将基底安放在样品台上；

2)通过电机调整上加热器和下加热器的位置，并将二维材料前驱体置于反应区中；和

3)开启上加热器和下加热器以使反应区达到二维材料生长所需的温度从而进行临近催化化学气相沉积，由此在基底上得到所述二维材料的膜。