通過(guò)化學(xué)氣相沉積合成石墨烯的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了通過(guò)化學(xué)氣相沉積合成石墨烯的裝置和方法。特別地，本發(fā)明提供了這樣的裝置，用于在限定了外部反應(yīng)空間的反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成膜。該裝置包含容器體和一個(gè)或多個(gè)容器蓋。一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于能拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器。反應(yīng)容器：i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)適于放置在外部反應(yīng)空間內(nèi)；和iv)適于允許反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間。
【專利說(shuō)明】通過(guò)化學(xué)氣相沉積合成石墨烯的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及材料合成的裝置和方法，以及更特別地涉及通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成石墨烯的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是sP2雜化碳的單原子厚度的片體。目前，由于石墨烯的多種引人注意并有用的機(jī)械、光學(xué)和電學(xué)性能，因此其成為熱門研究的目標(biāo)。例如，石墨烯可表現(xiàn)出非常高的電子和空穴遷移率，并且因此可允許基于石墨烯的電子裝置表現(xiàn)出非常高的開(kāi)關(guān)速度。此外，由于石墨烯為平面的，其能與許多成熟的半導(dǎo)體加工技術(shù)匹配。在電子機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)石墨烯也可用作膜材料，用作壓力傳感器，以及對(duì)于化學(xué)或生物分子或細(xì)胞用作檢測(cè)器。
[0003]目前，通過(guò)重復(fù)機(jī)械剝離石墨可形成非常高品質(zhì)的石墨烯。然而,通過(guò)這種方法生產(chǎn)的石墨烯趨于尺寸受限。結(jié)果，研究者研究了化學(xué)氣相沉積(CVD)石墨烯作為合成的替代性方法。例如 Colombo 等的題為 “Graphene Synthesis by Chemical Vapor Deposition”的美國(guó)專利公布2011/0091647教導(dǎo)了在CVD管式反應(yīng)器內(nèi)使用氫氣和甲烷在金屬和絕緣基材上的石墨烯的CVD。即使如此，仍關(guān)注地是，已知的CVD技術(shù)盡管能夠產(chǎn)生比可通過(guò)石墨剝離而形成的石墨烯膜更大的石墨烯膜，但可能產(chǎn)生品質(zhì)比在剝離膜中所發(fā)現(xiàn)的品質(zhì)更劣的石墨烯膜。結(jié)果，持續(xù)需要改進(jìn)的裝置和方法以通過(guò)CVD形成高品質(zhì)石墨烯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施方案通過(guò)提供促進(jìn)由CVD合成高品質(zhì)、大面積的石墨烯的裝置和方法解決了上述確定的需求 。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于在限定了外部反應(yīng)空間的反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成膜的裝置。該裝置包含容器體和一個(gè)或多個(gè)容器蓋。所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于可拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器。該反應(yīng)容器:i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)其適于放置在外部反應(yīng)空間內(nèi)；和iv)其適于使反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在限定了外部反應(yīng)空間的反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成膜。接收容器體和一個(gè)或多個(gè)蓋。所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于可拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器，而如此形成的反應(yīng)容器:i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)適于放置在外部反應(yīng)空間內(nèi)jPiv)適于使反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間。形成具有設(shè)置在內(nèi)部反應(yīng)空間中的基材的反應(yīng)容器，然后將反應(yīng)容器和基材放置到外部反應(yīng)空間中。最終，加熱反應(yīng)容器和基材。
[0007]最后，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造的產(chǎn)品包含使用裝置在反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成的膜。反應(yīng)器限定了外部反應(yīng)空間。此外，該裝置包含容器體和一個(gè)或多個(gè)容器蓋。所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于可拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器。反應(yīng)容器:i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)適于放置在外部反應(yīng)空間內(nèi)；和iv)適于使反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]參考下文描述、所附的權(quán)利要求和附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，這里:
[0009]圖1A顯示了根據(jù)本發(fā)明第一說(shuō)明性實(shí)施方案的反應(yīng)容器的端部正視圖；
[0010]圖1B顯示了圖1A的反應(yīng)容器的截面圖；
[0011]圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方案的CVD系統(tǒng)的截面圖；
[0012]圖2B顯示了用于圖2的CVD系統(tǒng)的說(shuō)明性氣體歧管(manifold)的示意圖；
[0013]圖2C顯不了用于圖2的CVD系統(tǒng)的說(shuō)明性排氣歧管的不意圖；
[0014]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一說(shuō)明性實(shí)施方案使用圖2的CVD系統(tǒng)生長(zhǎng)石墨烯的方法的流程圖；
[0015]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二說(shuō)明性實(shí)施方案使用圖2的CVD系統(tǒng)生長(zhǎng)石墨烯的方法的流程圖；
[0016]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三說(shuō)明性實(shí)施方案使用圖2的CVD系統(tǒng)生長(zhǎng)石墨烯的方法的流程圖；
[0017]圖6A顯示了根據(jù)本發(fā)明第二說(shuō)明性實(shí)施方案的反應(yīng)容器的端部正視圖；和
[0018]圖6B顯示了圖6A的反 應(yīng)容器的截面圖。
[0019]發(fā)明詳述
[0020]將參考說(shuō)明性實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明。出于這種原因，可對(duì)這些實(shí)施方案進(jìn)行多種修改并且其結(jié)果將仍在本發(fā)明的范圍中。關(guān)于這里所描述的特定實(shí)施方案，不意在或不應(yīng)推論為限制性的。
[0021]例如，本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方案使用獨(dú)特的反應(yīng)容器設(shè)計(jì)，當(dāng)使所述反應(yīng)容器容納適當(dāng)?shù)幕牟⑶冶环胖玫紺VD反應(yīng)器的反應(yīng)空間內(nèi)時(shí)，允許這些CVD反應(yīng)器合成高品質(zhì)的石墨烯。圖1A顯示了根據(jù)本發(fā)明第一說(shuō)明性實(shí)施方案的反應(yīng)容器100的端部正視圖。圖1B顯示了圖1A的反應(yīng)器100的沿著圖1A中所示的平面切開(kāi)的截面圖。
[0022]反應(yīng)器100包括容器體105和容器蓋110。在本實(shí)施方案中，容器體105限定了一端封閉的中空柱狀管。與封閉端部相對(duì)，容器體105限定了與容器蓋110上的陽(yáng)螺紋(SP外螺紋)120互鎖的陰螺紋(即內(nèi)螺紋)115。這些螺紋115、120的接合允許容器蓋110可拆卸地連接于容器體105，如圖1B所示。一旦這樣連接，反應(yīng)容器100就限定了內(nèi)部反應(yīng)空間125。
[0023]出于生長(zhǎng)石墨烯的目的，示例性的反應(yīng)容器100由石墨形成。為了使內(nèi)部反應(yīng)空間125得到來(lái)自反應(yīng)容器100外部的反應(yīng)氣體，優(yōu)選地對(duì)螺紋115、120定制尺寸使得容器體105和容器蓋110之間的接合稍有“泄漏”。換言之，有意地不完全使互鎖螺紋115、120如產(chǎn)生氣密式密封那樣的緊密結(jié)合。而是，根據(jù)本發(fā)明的一些方面，使反應(yīng)容器100適于使反應(yīng)容器100外的氣體經(jīng)過(guò)容器蓋110連接于容器體105之處并且最終進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間125。一旦理解這里的教導(dǎo)，就可通過(guò)機(jī)加工(例如CNC銑削)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的傳統(tǒng)機(jī)加工技術(shù)來(lái)生產(chǎn)這些石墨零件。
[0024]圖2A-2C顯示了根據(jù)本發(fā)明說(shuō)明性實(shí)施方案的CVD系統(tǒng)200的多個(gè)方面。CVD系統(tǒng)200使用反應(yīng)容器100以合成膜(即石墨烯)。圖2A開(kāi)始于顯示進(jìn)行合成的CVD系統(tǒng)200的一部分的截面圖。在本實(shí)施方案中，CVD系統(tǒng)200包含傳統(tǒng)CVD管式爐的數(shù)個(gè)方面。在多個(gè)已經(jīng)可獲得的公開(kāi)物中描述了這種CVD管式爐，所述公開(kāi)物包括例如A.C.Jones, “ChemicalVapour Deposition:Precursors,Processes and Applications, Royal Society ofChemistry”, 2009,所述文章通過(guò)引用結(jié)合到本文中。透明柱形反應(yīng)管205 (例如石英或氧化鋁)懸置在第一支撐端部210和第二支撐端部215之間以限定外部反應(yīng)空間220。這種外部反應(yīng)空間220又由能夠加熱外部反應(yīng)空間220的爐225所圍繞。在第一支撐端部210處，氣體入口 230使氣體引入外部反應(yīng)空間220。在第二支撐端部215處，排氣口 235允許將外部反應(yīng)空間220內(nèi)氣體排出。反應(yīng)容器100位于外部反應(yīng)空間220內(nèi)?；?40容納在反應(yīng)容器100的內(nèi)部反應(yīng)空間125內(nèi)。
[0025]在本實(shí)施方案中，CVD系統(tǒng)200內(nèi)的說(shuō)明性的爐225包含一個(gè)或多個(gè)纏繞在外部反應(yīng)空間220周圍的電阻絲加熱元件。如果需要，可將數(shù)個(gè)不同的線圈沿外部反應(yīng)空間220的縱軸布置以產(chǎn)生可單獨(dú)控制的加熱區(qū)。為了調(diào)節(jié)溫度，可將來(lái)自外部反應(yīng)空間220內(nèi)的熱電偶的信號(hào)反饋回爐225的電源以保持預(yù)定的溫度設(shè)定點(diǎn)。
[0026]圖2B顯示了說(shuō)明性氣體歧管245的示意圖，所述氣體歧管可用于將一種或多種反應(yīng)氣體經(jīng)氣體入口 230引入CVD系統(tǒng)200的外部反應(yīng)空間220。在本說(shuō)明性實(shí)施方案中，氣體歧管245包含兩種工藝氣體源250、255，盡管工藝氣體源的這種特定數(shù)量在很大程度上是任意的，并且?guī)в休^少或較多數(shù)量的工藝氣體源的氣體歧管仍落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。工藝氣體源250、255的每一個(gè)均與用于調(diào)節(jié)從工藝氣體源250、255進(jìn)入氣體入口 230的流量的各自物流控制器260、265流體連通。
`[0027]圖2C又顯示了可形成CVD系統(tǒng)200的一部分的排氣歧管270的示意圖。排氣歧管270通過(guò)排氣口 235與外部反應(yīng)空間220流體連通。在本說(shuō)明性實(shí)施方案中，在氣流在經(jīng)排氣口 235離開(kāi)外部反應(yīng)空間220之后，在進(jìn)入節(jié)流閥280之前經(jīng)過(guò)壓力傳感器275。壓力傳感器275測(cè)量壓力，并且經(jīng)傳統(tǒng)的電子反饋機(jī)制控制節(jié)流閥280的打開(kāi)以調(diào)節(jié)外部反應(yīng)空間220內(nèi)預(yù)設(shè)定的壓力。一旦經(jīng)過(guò)節(jié)流閥280，氣流首先穿過(guò)經(jīng)過(guò)阱285 (即液氮阱)且然后由旋轉(zhuǎn)機(jī)械泵290泵送，之后將其送入排氣295。如果認(rèn)為需要，可提供化學(xué)洗滌器。
[0028]將反應(yīng)容器100包括在CVD系統(tǒng)內(nèi)(如上文關(guān)于CVD系統(tǒng)200所描述)至少部分受發(fā)明人的如下觀察結(jié)果的驅(qū)使:在石墨烯合成期間水(H2O)的存在可不利地影響石墨烯的品質(zhì)。例如，水可根據(jù)下面化學(xué)反應(yīng)腐蝕石墨烯:
[0029]H2O (g)+C (石墨烯)一CO (g)+H2 (g)。(I)
[0030]發(fā)明人所理解的是，這種類型的腐蝕最終導(dǎo)致CVD石墨烯內(nèi)的點(diǎn)缺陷，因此至少部分地解釋了為什么CVD石墨烯可能往往在品質(zhì)上不同于通過(guò)石墨剝離形成的石墨烯。
[0031]遺憾的是，不想要的水可來(lái)自于CVD系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)個(gè)源例如CVD系統(tǒng)200，并且因此非常難以避免。例如，水可以以背景氣體和/或在一種或多種反應(yīng)氣體內(nèi)的雜質(zhì)存在。此外，水可從柱形反應(yīng)管205的壁解吸和/或從氣體管線的壁解吸。注意，在說(shuō)明性的CVD系統(tǒng)200內(nèi)，任何不想要的水在其可到達(dá)基材240并損害在其上正合成的石墨烯之前，必須首先進(jìn)入反應(yīng)容器100的內(nèi)部反應(yīng)空間125。更特別地是，為了進(jìn)入反應(yīng)容器100的內(nèi)部反應(yīng)空間125，任何存在的水氣必須首先穿過(guò)容器體105和容器蓋110的互鎖螺紋115、120。因此，在該過(guò)程中，水會(huì)暴露于相對(duì)大的表面積的熱石墨。[0032]以水和石墨烯反應(yīng)(化學(xué)反應(yīng)(I))的方式類似的方式，水也會(huì)根據(jù)下面化學(xué)反應(yīng)與熱石墨反應(yīng):
[0033]H2O (g) +C (石墨)一CO (g) +H2 (g)。(2)
[0034]這種化學(xué)反應(yīng)通常用于例如通過(guò)水蒸汽氣化熱煤。由于化學(xué)反應(yīng)(2)，任何不想要的水在到達(dá)基材240之前，在穿過(guò)反應(yīng)容器100的互鎖螺紋115、120時(shí)基本上被耗盡。同時(shí)，生成的氫氣(H2)氣體以下面化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步與反應(yīng)容器100的熱石墨反應(yīng):
[0035]2H2 (g) +C (石墨)—CH4 (g), (3)
[0036]在煤氣化中也會(huì)看到這種反應(yīng)。最終，生成的甲烷(CH4)氣體以下面化學(xué)反應(yīng)與熱基材240反應(yīng):
[0037]CH4 (g) +基材一石墨稀。(4)
[0038]因此，通過(guò)順序的化學(xué)反應(yīng)(2)、(3)和(4)，不想要的水連同反應(yīng)容器100實(shí)際上導(dǎo)致了石墨烯合成，而不是在石墨烯內(nèi)產(chǎn)生缺陷。
[0039]圖3-5繼續(xù)顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用于使用CVD系統(tǒng)200在包含于反應(yīng)容器100的內(nèi)部反應(yīng)空間125內(nèi)的基材240上生長(zhǎng)石墨烯的示例性方法的流程圖。這些方法中的每一種依賴于在不想要的水可不利地影響石墨烯生長(zhǎng)之前發(fā)生于反應(yīng)容器100的互鎖螺紋115、120處的化學(xué)反應(yīng)⑵以耗盡不想要的水，以及化學(xué)反應(yīng)(3)和⑷以最終在基材240上生長(zhǎng)石墨烯。在本實(shí)施方案中，基材240可包含金屬(例如銅、銅和鎳、銅和鈷、以及銅和釕)或絕緣體( 例如二氧化鋯、氧化鉿、氮化硼，以及氧化鋁)。薄銅箔已經(jīng)被證明是對(duì)于通過(guò)CVD合成石墨烯而言特別好的基材240，并且因此是優(yōu)選的。
[0040]現(xiàn)在參考圖3，用于形成石墨烯的方法300開(kāi)始于在CVD系統(tǒng)200內(nèi)通過(guò)將外部反應(yīng)空間220抽吸低至排氣歧管270所允許的程度而抽空外部反應(yīng)空間220 (其容納反應(yīng)容器100和基材240)，如步驟305所示。隨后，在步驟310中，將氫氣流引入外部反應(yīng)空間220，同時(shí)使用氣體歧管連同排氣歧管270而保持預(yù)定的壓力。氫氣的流量例如可設(shè)置在約每秒一標(biāo)準(zhǔn)立方米(sccm)到約IOOOsccm之間，并且壓力可設(shè)置在約20毫乇到約100毫乇之間。盡管如此，如同這里參考圖3-5所涉及的所有特定流量、壓力、溫度和時(shí)間值一樣，這些特定值僅是說(shuō)明性的，且替代性的值被考慮了并且也將進(jìn)入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0041]隨后，在步驟315中，將爐225用于加熱外部反應(yīng)空間220內(nèi)的元件。外部反應(yīng)空間220內(nèi)的元件例如可被加熱到約600°C (攝氏度)到1400°C之間。在等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使物質(zhì)平衡之后，接著將甲烷氣體引入外部反應(yīng)空間220，如步驟320所示。甲烷流量例如可在約0.0lsccm到約IOOOsccm之間，同時(shí)保持外部反應(yīng)空間220內(nèi)的壓力使得甲烷的分壓在約0.1毫乇到約10乇之間。
[0042]隨著甲烷以這種方式流動(dòng)，然后給予足夠的時(shí)間用于使石墨烯在反應(yīng)容器100內(nèi)的基材240上生長(zhǎng)，如步驟325所述。在約0.1分鐘到約100分鐘之間的時(shí)間段可為足夠的。一旦已經(jīng)分配足夠的時(shí)間，就關(guān)閉甲烷和氫氣的氣流并使外部反應(yīng)空間220內(nèi)的元件冷卻到室溫，如步驟330所示。
[0043]圖4顯示了用于CVD系統(tǒng)200的替代性的石墨烯沉積方法400的一些方面。方法400與方法300的區(qū)別在于，有意地僅將氫氣(不是甲烷)經(jīng)氣體歧管245引入外部反應(yīng)空間220。氫氣與石墨反應(yīng)容器100反應(yīng)以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)(3)產(chǎn)生甲烷。同時(shí)，任何水在其可不利地影響石墨烯之前，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)(2)而被移除。[0044]在說(shuō)明性方法400的步驟405中，將外部反應(yīng)空間220抽空，然后在步驟410中，通過(guò)氣體歧管引入氫氣(例如氫氣流量在約Isccm到約IOOOsccm之間；以及壓力在約20毫乇到約100毫乇之間)。隨后，在步驟415中，使用爐225加熱外部反應(yīng)空間220內(nèi)的元件(例如到約600°C到約1400°C之間)。接著，在步驟420內(nèi)，給予足夠的時(shí)間(例如約0.1分鐘到約100分鐘)使石墨烯在反應(yīng)容器100內(nèi)的基材240上生長(zhǎng)。一旦已經(jīng)給予了足夠的時(shí)間，關(guān)閉氫氣流并使外部反應(yīng)空間220內(nèi)元件冷卻到室溫，如步驟425所示。
[0045]最后，在圖5中顯示了用于在CVD系統(tǒng)200內(nèi)形成石墨烯的再一種替代性的方法500的多個(gè)方面。在這種情況中，方法500與方法300和方法400的區(qū)別在于，根本沒(méi)有故意使用氣體歧管245將氣體引入到外部反應(yīng)空間220。而是，方法500僅依靠殘留的水通過(guò)反應(yīng)(2)、(3)和(4)形成甲烷并最終形成石墨烯。
[0046]在說(shuō)明性方法500的步驟505中，將外部反應(yīng)空間220抽空，以及在步驟510中，將爐225用于加熱外部反應(yīng)空間220內(nèi)的元件(例如約600°C到約1400°C之間)。接著在步驟515內(nèi)，給予足夠的時(shí)間(例如約0.1分鐘到約100分鐘)使石墨烯在反應(yīng)容器100內(nèi)的基材240上生長(zhǎng)。在等待之后，使外部反應(yīng)空間220內(nèi)的元件冷卻到室溫，如步驟520所示。
[0047]應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)地是，上文描述的本發(fā)明的裝置和方法的實(shí)施方案僅是說(shuō)明性的。其他實(shí)施方案可使用不同類型和布置的元件以實(shí)施所描述的功能。在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的這些多種替代性的實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明了的。
[0048]圖6A和6B例如顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二說(shuō)明性實(shí)施方案的替代性的反應(yīng)容器600的多個(gè)方面。圖6A顯示了反應(yīng)容器600的端部正視圖，而圖6B顯示了沿圖6A中所示的平面切開(kāi)的截面圖。與反應(yīng)容器100類似，替代性的反應(yīng)容器600可用在CVD系統(tǒng)200中并且可與方法300、400、500結(jié)合使用。但是，與反應(yīng)容器100不同的是，反應(yīng)容器600使用兩個(gè)容器蓋605、610而不是僅一個(gè)。為了使用兩個(gè)容器蓋605、610，容器體615通過(guò)在相對(duì)端部處的陰螺紋620限定了中空柱狀管。在每個(gè)容器蓋上的陽(yáng)螺紋625允許兩個(gè)容器蓋605,610以圖6B中所示的方式可拆卸地連接于容器體615的相對(duì)端部。以這種方式連接，反應(yīng)容器600限定了內(nèi)部反 應(yīng)空間630。
[0049]雖然在前文說(shuō)明的實(shí)施方案中，使用螺紋將容器蓋可拆卸地接合于其相應(yīng)的容器體(即反應(yīng)容器100、600)，但也可考慮數(shù)個(gè)其他形式的可拆卸連接結(jié)構(gòu)并且其將進(jìn)入本發(fā)明的范圍中。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，例如可形成這樣的容器蓋，其帶有可插入到容器體的相反形狀部分的截頭(truncated)柱形或錐形延伸部分，因此使容器蓋充當(dāng)一種阻塞物或塞子。在基于螺紋和阻塞物類布置的反應(yīng)容器設(shè)計(jì)的情況中，如果認(rèn)為氣體從反應(yīng)容器外部進(jìn)入反應(yīng)容器的通道是不足的，必要時(shí)可通過(guò)形成進(jìn)入容器蓋和容器體的構(gòu)件(在它們相互接合處)的小通道形成氣體通道來(lái)提高。
[0050]此外,在一個(gè)或多個(gè)替代性的實(shí)施方案中，CVD系統(tǒng)可使用顯著上不同于上文關(guān)于爐225描述的電阻加熱件的加熱工具。替代性的實(shí)施方案例如可使用通常用在傳統(tǒng)“冷壁”CVD反應(yīng)器中的高強(qiáng)度輻射燈。
[0051]這里所公開(kāi)的所有技術(shù)特征可由用于相同、等效或類似目的的替代性的技術(shù)特征而代替，除非另有明文規(guī)定。因此，所公開(kāi)的每個(gè)特征僅是通用系列的等效或類似技術(shù)特征的一個(gè)例子，除非另有明文規(guī)定。
[0052]在未明確記載執(zhí)行特定功能的“工具”或執(zhí)行特定功能的“步驟”的權(quán)利要求中的任何元件不被解釋為如35U.S.C.§112，f1.中規(guī)定條件的“工具”或“步驟”。特別是，這里在權(quán)利要求中使用“步驟”不意在`援引35U.S.C.§112，f I的規(guī)定。
【權(quán)利要求】
1.一種在反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成膜的裝置，該反應(yīng)器限定了外部反應(yīng)空間，并且該裝置包含: 容器體；和 一個(gè)或多個(gè)容器蓋，所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于能拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器，反應(yīng)容器:i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)適于放置在外部反應(yīng)空間內(nèi)；和iV)適于允許反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中反應(yīng)器是化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中反應(yīng)器是化學(xué)氣相沉積管式爐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中膜包含石墨烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中基材的暴露表面包含金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中暴露表面包含銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中基材的暴露表面包含絕緣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋和容器體中的每個(gè)包含石
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中容器體限定了中空柱狀管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋由兩個(gè)容器蓋組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋中的每個(gè)適于螺旋連接于容器體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中容器體限定了陰螺紋。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋中的每個(gè)限定了相應(yīng)的陽(yáng)螺紋。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中反應(yīng)容器適于使反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋能拆卸地連接于容器體處的內(nèi)部反應(yīng)空間。
15.一種在反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成膜的方法，該反應(yīng)器限定了外部反應(yīng)空間，并且該方法包含步驟: 接收容器體； 接收一個(gè)或多個(gè)容器蓋，所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于能拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器:i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)適于放置在外部反應(yīng)空間內(nèi)；和iv)適于使反應(yīng)容器外部的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間； 形成反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器具有設(shè)置在內(nèi)部反應(yīng)空間中的基材， 將反應(yīng)容器和基材放置到外部反應(yīng)空間中；以及 加熱該反應(yīng)容器和基材。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包含將一種或多種反應(yīng)氣體引入外部反應(yīng)空間的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中反應(yīng)容器的組分與水化學(xué)反應(yīng)以去除水。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包含將氫氣和甲烷中的至少一種引入外部反應(yīng)空間。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在不使反應(yīng)氣流入外部反應(yīng)空間的情況下合成膜。
20.一種制造的產(chǎn)品，該制造的產(chǎn)品包含使用裝置在反應(yīng)器內(nèi)的基材上合成的膜，該反應(yīng)器限定了外部反應(yīng)空間，并且該裝置包含: 容器體；和 一個(gè)或多個(gè)容器蓋，所述一個(gè)或多個(gè)容器蓋適于能拆卸地連接于容器體以與此形成反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器:i)包含石墨；ii)限定了適于容納基材的內(nèi)部反應(yīng)空間；iii)適于放置在外部反應(yīng)空 間內(nèi)；和iv)適于使反應(yīng)容器外的氣體進(jìn)入內(nèi)部反應(yīng)空間。
【文檔編號(hào)】C23C16/44GK103451622SQ201210305599
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】李雪松 申請(qǐng)人:李雪松