一種快速冷卻卷對卷等離子體增強cvd連續(xù)生長爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石墨烯生長CVD設備技術領域，具體涉及一種快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。由于石墨烯特殊的化學結構使其在力學、熱學、光學、電學等方面具有十分優(yōu)異的性質，這也使得它在顯示、能源、探測及光電子等領域具有廣泛的應用前景，石墨烯的應用開發(fā)也將給眾多研究領域帶來革命性轉移。
[0003]CVD (Chemical Vapor Aeposit1n，化學氣相沉積)，是指把含有構成薄膜元素的氣態(tài)反應劑或液態(tài)反應劑的蒸汽及反應所需其它氣體引入反應室，在襯底表面發(fā)生化學反應生長薄膜的過程。
[0004]目前大型石墨烯生長CVD設備已經(jīng)制備出了 30英寸(對角線約76cm)的石墨烯薄膜，但受設備的限制，制備工藝上仍是制備結束一次后再重新裝樣制備下一次，還無法實現(xiàn)大面積、高質量石墨烯的連續(xù)、快速制備。大型卷對卷CVD設備已經(jīng)制備出了長度超過100米的石墨稀薄膜，但是由于CVD生長高質量石墨稀工藝溫度接近銅箔恪點，在卷對卷CVD生長石墨烯設備中銅箔自身幾乎無法承受任何張力，且對常用傳動結構比如金屬網(wǎng)袋、石墨和石英滾軸的材料具有很強的滲透、熔接和粘附的傾向，稍有處理不當就會導致生長在銅箔表面的石墨烯的撕裂和褶皺。以上特性給卷對卷CVD生長石墨烯的設備中銅箔的收放卷控制和真空條件下的傳動結構提出了巨大的挑戰(zhàn)。同時由于卷對卷CVD生長的工藝壓力屬于低壓CVD，生長完畢的銅箔，在收卷時需要快速冷卻，而在真空條件下熱傳導幾乎完全靠熱輻射，造成現(xiàn)有卷對卷CVD生長設備冷卻效率低下難以適應高速大批量的生長的需求。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，它解決了現(xiàn)有技術不能快速冷卻、連續(xù)制備出大面積、高質量石墨烯的技術問題。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]—種快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，它包括有CVD管式爐，所述CVD管式爐的爐管兩端分別安裝有進料進氣真空腔室和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內分別對應安裝有放卷滾輪和收卷滾輪，所述進料進氣腔室與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱。
[0008]進一步地，所述進料進氣真空腔室連接供氣系統(tǒng)。
[0009]進一步地，所述出料排氣真空腔室內還安裝有真空旋轉電機。
[0010]進一步地，所述出料排氣真空腔室連接帶真空閥門的真空機組。
[0011 ] 進一步地，所述真空腔室可以開啟，其由金屬材料制成。
[0012]進一步地，所述射頻等離子體發(fā)生器連接有射頻電源。
[0013]本實用新型的有益效果在于:
[0014]本實用新型用來制備石墨烯，相對于現(xiàn)有技術具有快速冷卻、連續(xù)生長的優(yōu)點，可以進行大面積、高質量石墨烯的規(guī)模化生長。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0016]圖中編號說明:
[0017]1-進料進氣真空腔室；2_進氣管；3_放卷滾輪；4_射頻等離子體發(fā)生器；5_卷狀銅箔(生長石墨烯)；6_CVD管式爐；7_液氮冷阱；8_收卷滾輪(安裝在出料排氣腔體內);9-真空閥門；10_供氣系統(tǒng)；11_射頻電源；12_控制柜；13_真空機組。
【具體實施方式】
[0018]參看圖1，本實用新型【具體實施方式】采用以下技術方案:它包括有CVD管式爐6，所述CVD管式爐6的爐管兩端分別安裝有進料進氣真空腔室I和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內分別對應安裝有放卷滾輪3和收卷滾輪8，所述進料進氣腔室I與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器4，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱7 ;所述進料進氣真空腔室I連接供氣系統(tǒng)10 ;所述出料排氣真空腔室內還安裝有真空旋轉電機；所述出料排氣真空腔室連接帶真空閥門9的真空機組13 ;所述真空腔室可以開啟，其由金屬材料制成；所述射頻等離子體發(fā)生器4連接有射頻電源11 ;所述射頻電源11和真空機組之間安裝有控制柜12。
[0019]其中，進氣進料腔室I用于通入生長石墨烯的碳源氣體和氫氣以及惰性載氣?’放卷滾輪3用于裝掛卷狀銅箔5 ;真空旋轉電機帶動收卷滾輪8用于收料；射頻等離子體發(fā)生器4可在管內產(chǎn)生均勻等效的等離子體輝光，加強碳源的分解和石墨烯的生長速率，從而有效降低石墨烯的生長溫度，也降低了銅箔5在高溫下容易被拉伸變形甚至斷裂的風險；液氮冷阱7可以極大的提高了銅箔5的冷卻效率，可提高生產(chǎn)效率。
[0020]生產(chǎn)時，將卷狀銅箔5裝入進料進氣腔室I內的放卷滾輪3上，并穿過爐管與出料排氣腔室內的收卷滾輪8相連；關閉進料進氣腔室I艙門，開啟真空機組13，將整個設備內氣壓抽至0.3Pa以下；開啟加熱爐體，將爐內溫度升高至生長溫度600°C，然后通入10SCCM流量的氫氣和30SCCM流量的甲烷，開啟射頻等離子體發(fā)生器4并調節(jié)輝光區(qū)域到最大化；開動與收卷滾輪8相連的真空旋轉電機；于是卷狀銅箔5將依次通過加熱爐體，完成石墨烯的生長；當整卷銅箔完成生長以后，通入氬氣將系統(tǒng)內充氣至大氣壓，然后打開出料排氣腔體艙門將生長完成的銅箔成卷卸出。
【主權項】
1.一種快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，它包括有CVD管式爐，其特征在于，所述CVD管式爐的爐管兩端分別安裝有進料進氣真空腔室和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內分別對應安裝有放卷滾輪和收卷滾輪，所述進料進氣腔室與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱。2.根據(jù)權利要求1所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述進料進氣真空腔室連接供氣系統(tǒng)。3.根據(jù)權利要求1所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述出料排氣真空腔室內還安裝有真空旋轉電機。4.根據(jù)權利要求1或3所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述出料排氣真空腔室連接帶真空閥門的真空機組。5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述真空腔室可以開啟，其由金屬材料制成。6.根據(jù)權利要求1所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述射頻等離子體發(fā)生器連接有射頻電源。
【專利摘要】本實用新型公開了一種快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續(xù)生長爐，它涉及石墨烯生長CVD設備技術領域。它包括有CVD管式爐，所述CVD管式爐的爐管兩端分別安裝有進料進氣真空腔室和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內分別對應安裝有放卷滾輪和收卷滾輪，所述進料進氣腔室與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱。本發(fā)明用來制備石墨烯，相對于現(xiàn)有技術具有快速冷卻、連續(xù)生長的優(yōu)點，可以進行大面積、高質量石墨烯的規(guī)?；L。
【IPC分類】C23C16/513, C23C16/26
【公開號】CN204874732
【申請?zhí)枴緾N201520503542
【發(fā)明人】孔令杰, 李曉麗, 吳克松
【申請人】安徽貝意克設備技術有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月10日