二維納米薄膜製備裝置及方法與流程

2024-03-29 03:19:05

本發明涉及一種二維納米薄膜的製備裝置及方法，特別是一種能與矽工藝技術等匹配的連續、自動化生產二維納米薄膜的製備裝置及方法，屬於二維納米材料製備領域。

背景技術：

二維納米材料如石墨烯、矽烯、鍺烯、氮化硼、層狀過鍍金屬硫化物、黑磷等因自身獨特的物理化學特性，在透明導電電極、高頻電子器件、光伏元件、儲能等諸多領域中有著巨大的應用潛力。

相較於機械剝離、溶液化學剝離、熱裂解等方法，化學氣相沉積法(CVD)可用於製備大面積、高質量的二維納米薄膜材料，同時能最大程度地保持材料的本徵特性，並且成本低廉，是目前最切合工業應用需求的製備方法

近年來，為了滿足市場對二維納米薄膜材料的需求，已有一些適用於大批量生產二維納米薄膜的設備和方法提出。例如，SONY公司將化學氣相沉積系統與卷對卷技術集成，推出了可在銅、鎳金屬箔片上連續化生產100米石墨烯薄膜的技術設備。CN102976318B、CN103469308A等文獻在其基礎上，分別對箔片的進樣和收集裝置進行了改進，以提高工藝的穩定性和可重複性。然而，這類設備是基於金屬箔片進行二維納米薄膜的化學氣相沉積生長，後期需要通過化學或電化學轉移工藝將薄膜轉移至矽等基底上，才能進行後續器件加工應用，其在轉移過程中由於表面張力和金屬箔片的粗糙表面容易造成薄膜的破損、摺疊、褶皺和表界面殘留等缺陷，不能確保薄膜的高品質質量，而且轉移工序繁複，難以進行市場推廣。

在矽或其它硬質襯底上直接製備二維納米薄膜材料能夠避免上述問題，且方便後續器件應用製作，能與當前基於矽工藝的半導體技術加工流水線相匹配。但現有的二維納米薄膜材料製備工藝只適用於柔性金屬箔片襯底，對於矽及其它硬質襯底不適用。雖然有研究人員進行一些在矽等介質材料上直接生長石墨烯等二維材料的嘗試研究，但其均無法大規模實施，特別是其形成的材料質量和重複性都難以得到保障，其主要的原因可能在於：其一，常壓和低真空度條件下的生長，前驅體氣流量和配比的擾動對成核影響大，難以精確控制；所倚賴的超過1000℃高溫長時間(﹥1hr)生長，能耗高，不適宜大規模工業化生產；其二，當前所採用的製備方法各工藝設備和流 程相互分立，容易因表面吸附等問題影響二維薄膜材料的生長和最終材料質量。此外，現有的對單片基底進行人工操作或半自動化製備模式，往往會因為中間流程環節的不一致，導致生長的穩定性不一，且生產效率低下。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的主要目的在於提供一種二維納米薄膜製備裝置及方法，其能與矽工藝技術等匹配。

為實現前述發明目的，本發明採用的技術方案包括：

在一些實施例中提供了一種二維納米薄膜製備裝置，其包括：

襯底儲存室，至少用於提供襯底；

沉積室，至少用以提供適於在所述襯底上生長二維納米薄膜而形成樣品的環境；

取樣室，至少用以收集所述樣品；以及，

樣品傳送室，包括：

樣品運送裝置，至少用以在樣品傳送室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的襯底儲存室、沉積室或取樣室之間傳送所述襯底和/或樣品。

在一些實施例中，所述二維納米薄膜製備裝置還包括：鍍膜室，至少用以提供適於對所述襯底進行預處理而利於二維納米薄膜生長的環境，並且所述鍍膜室亦能夠與所述樣品傳送室真空級聯；

在一些實施例中，所述二維納米薄膜製備裝置還包括：人機互動作業系統界面，至少用以對所述襯底或樣品於各腔室之間的傳送操作、二維納米薄膜的生長過程進行實時監測和控制。

在一些較為優選的實施例中，所述襯底可選自硬質襯底，特別是與矽工藝匹配的襯底。

在一些實施例中提供了一種二維納米薄膜製備方法，其可以包括：以樣品傳送室內的樣品運送裝置將襯底從襯底儲存室中取出，並移送入沉積室，以在所述襯底上生長二維納米薄膜而形成樣品，之後將所述樣品從沉積室中取出，並移送入取樣室；並且，至少在將所述襯底或樣品於前述的任意兩個腔室之間傳送時，該任意兩個腔室之間均保持真空級聯。

在一些較為優選的實施例中，所述二維納米薄膜製備方法主要是基於所述的二維納米薄膜製備裝置而實施的。

較之現有技術，藉由本發明提供的二維納米薄膜製備裝置及方法，可實現二維納米薄膜材料在矽或其它硬質半導體、介質材料襯底上的大面積直接生長，並能與當前基於矽工藝的半導體技術加工流水線相匹配，方便後續器件加工與應用，特別是還具有低能耗、可連續自動化作業的優點，工藝可控性、穩定性和重複性高，產品質量穩定優良。

附圖說明

圖1是本發明一實施方案中與矽工藝技術匹配的二維納米薄膜材料製備裝置的結構示意圖；

圖2是本發明一實施方案中機械傳送裝置內樣品託盤的結構示意圖；

圖3是本發明一實施方案中機械傳送裝置中的傳動機械手臂的結構示意圖；

附圖標記說明：襯底儲備室1，鍍膜室2，樣品傳送室3，化學氣相沉積室4，取樣室5，閥門11、12、13、14、15、16，氣路21、22、23、24、25，抽真空裝置31、32、33、34、35，樣品承載臺41、42、43、44、45，樣品處理裝置51、52、53，冷卻系統61、62，沉積系統71、72，熱屏蔽系統81，82，83，傳動裝置91，軌道92，機械手臂93。

具體實施方式

本發明的一個方面提供了一種二維納米薄膜製備裝置。

在一些實施例中，所述二維納米薄膜製備裝置可以包括：

襯底儲存室，至少用於提供襯底；

沉積室，至少用以提供適於在所述襯底上生長二維納米薄膜而形成樣品的環境；

取樣室，至少用以收集所述樣品；以及，

樣品傳送室，包括：

樣品運送裝置，至少用以在樣品傳送室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的襯底儲存室、沉積室或取樣室之間傳送所述襯底和/或樣品。

在一些較為具體的實施例中，所述沉積室至少可選自化學、物理氣相沉積室中的一種或多種。

進一步的，所述沉積室可以包括高溫生長區和等離子體發生器。

其中，所述高溫生長區可設有加熱裝置，例如，較為典型的適用加熱裝置可以選自電阻加熱、紅外加熱、雷射加熱、電子束加熱裝置中的一種或多種的組合。

在一些實施例中，藉由所述加熱裝置可實現的加熱溫度範圍為室溫～2000℃。

其中，所述等離子體發生器可選自但不限於射頻等離子體發生器、電感耦合等離子體發生器中的一種或多種的組合。

在一些實施例中，所述等離子體發生器的功率可以為0～5000W。

在一些較為具體的實施例中，所述的二維納米薄膜製備裝置還可包括：鍍膜室，至少用以提供適於對所述襯底進行預處理而利於二維納米薄膜生長的環境，並且所述鍍膜室亦能夠與所述樣品傳送室真空級聯。

在一些較為優選的實施例中，所述襯底儲存室、鍍膜室、沉積室以及取樣室環繞布置於樣品傳送室周圍。

在一些較為優選的實施例中，所述的二維納米薄膜製備裝置中是以樣品傳送室為中心真空級聯襯底儲存室、鍍膜室、沉積室以及取樣室等。

在一些實施例中，在所述二維納米薄膜製備裝置工作時，襯底放置於襯底儲存室並由襯底儲存室中取出，依次經鍍膜室預處理，化學氣相沉積室生長二維薄膜材料，並傳送收集於取樣室。製備流程的工序銜接由樣品傳送室中的可控機械裝置完成取樣、放樣和傳動。

在一些實施例中，所述鍍膜室包括高溫和/或等離子體處理單元和/或物理氣相沉積系統和/或化學氣相沉積系統。

其中，所述物理氣相沉積系統可包括濺射鍍膜系統、電子束蒸發鍍膜系統、熱蒸鍍系統中的任意一種或多種的組合，且不限於此。

在一些較為優選的實施例中，所述樣品運送裝置選自能夠以平面式傳輸方式將所述襯底或樣品在真空級聯的任意兩個腔室之間進行傳送的樣品運送裝置。其中，所述「平面式傳輸方式」是有別於且不含捲曲、摺疊操作的傳送方式。

在一些實施例中，所述樣品運送裝置包括；

機械傳動裝置，至少用以實現在樣品傳送室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的腔室之間進行襯底或樣品的取放和傳送；

樣品託盤，至少用以臨時存放所述襯底和/或樣品；

轉盤，至少用以驅使樣品託盤按設定角度轉動而到達設定位置。

在一些更為具體的實施例中，所述機械傳動裝置主要用於實現樣品傳動室與襯底儲存室、鍍膜室、化學氣相沉積室、取樣室之間的襯底、樣品的取放與傳送。

在一些更為具體的實施例中，所述樣品託盤用於襯底和樣品取放過程中的臨時存放。

在一些更為具體的實施例中，所述樣品託盤置於轉盤上，帶動樣品託盤做設定角度轉動，並轉動至樣品傳動室與交互傳動腔室之間的相應閘門前。

在一些實施例中，至少在所述襯底儲存室或取樣室內還設有一個以上樣品託。

其中，所述樣品託的設置目的在於方便襯底、樣品的放置以及所述樣品運送裝置對襯底、樣品的取放。其中，所述樣品託可放置襯底的數量應不少於一片。

在一些實施例中，所述機械傳動裝置包括至少一滑軌和至少一機械手臂。其中，滑軌可以有多條，例如，可以是呈十字交叉形式布置的兩條滑軌，所述機械手臂可於所述滑軌上自由移動。

在一些實施例中，所述的二維納米薄膜製備裝置還包括：真空發生裝置，至少用以使樣品傳送室和/或能夠與所述樣品傳送室真空級聯的任一腔室內形成真空環境。

優選的，所述真空環境的真空度為10-1Pa～10-8Pa。

進一步的，所述真空發生裝置可包括但不限於機械泵和/或分子泵機組等。

在一些實施例中，所述製備裝置中至少兩個可相互連通的腔室之間還分布有可開合閘門。

在一些較為優選的實施例中，至少在所述襯底儲存室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的任一腔室之間設有可開合閘門。

在一些實施例中，所述樣品傳送室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的腔室中的至少一個腔室還與溫度調控機構連接。

其中，所述溫度調控機構可採用分布於所述樣品傳送室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的腔室中的至少一個腔室腔壁內的冷卻機構。

例如，所述冷卻機構可選自雙層水冷系統。

在一些實施例中，所述樣品傳送室和能夠與所述樣品傳送室真空級聯的腔室中的至少一個腔室還具有一個以上氣體連接口，所述氣體連接口與單一氣源連接或與混氣盒連接，所述混氣盒的入口至少並聯有兩個以上氣路。

在一些實施例中，所述的二維納米薄膜製備裝置還可包括：人機互動作業系統界面，至少用以對所述襯底或樣品於各腔室之間的傳送操作、二維納米薄膜的生長過程進行實時監測和控制。

其中，所述人機互動作業系統界面可以全自動運行，也可包含分別對應於二維納米薄膜製程中各個工序的不同功能模塊，或者也可完全切換至手動操作模式。

其中，所述人機互動作業系統界面可以選用個人計算機系統(PC)、MCU、PLC等，但不限於此，其中也可以包括分立設置或集成設置的顯示裝置等。

顯然的，在所述二維納米薄膜製備裝置中還可包含其它一些輔件，例如，溫度、氣壓監測裝置，微電機等動力件，電源控制組件等。

在一些較為優選的實施方案中，整個二維納米薄膜製程可以由人機互動系統控制，自動完成工序交替和重複持續的工作模式，如此，可實現二維納米薄膜材料的連續、自動化、低能耗、高品質生產，滿足當前產業鏈對於大尺寸、高品質二維納米薄膜材料的供應需求。

本發明的一個方面還提供了一種二維納米薄膜製備方法。

較為優選的，所述二維納米薄膜製備方法可以主要基於所述二維納米薄膜製備裝置而實施。

在一些實施例中，所述二維納米薄膜製備方法包括：以樣品傳送室內的樣品運送裝置將襯底從襯底儲存室中取出，並移送入沉積室，以在所述襯底上生長二維納米薄膜而形成樣品，之後將所述樣品從沉積室中取出，並移送入取樣室；並且，至少在將所述襯底或樣品於前述的任意兩個腔室之間傳送時，該任意兩個腔室之間均保持真空級聯。

在一些實施例中，所述的二維納米薄膜製備方法還可包括：以樣品運送裝置將襯底從襯底儲存室中取出後，先移送入鍍膜室進行預處理，之後取出並移送入沉積室進行二維納米薄膜的生長，從而形成樣品；其中，在將所述襯底於襯底儲存室、樣品傳送室、鍍膜室和沉積室中的任意兩者之間傳送時，該任意兩者之間均保持真空級聯。

優選的，所述真空級聯採用的真空度為10-1Pa～10-8Pa，尤其優選為10-3Pa～10-6Pa。本案發明人經大量實踐發現，在此真空度條件下，能夠在不破壞鍍膜室和沉積室真空的情況下完成各腔室的互聯，若低於此真空度範圍，鍍膜室和沉積室的真空無法持續保持，引入的微量水氣和氧氣會擾動生長工藝參數，降低工藝條件的穩定性；而若高於此真空度範圍，對真空裝置和級聯工藝的要求極高，致使生產成本大幅上升。

在一些實施例中，所述的預處理包括對所述襯底進行高溫退火和/或等離子體處理和/或催化劑薄膜沉積。

其中，所述高溫退火至少可在氫氣、氬氣中的任意一種或兩種混合形成的氛圍下進行，且不限於此。

其中，所述等離子體處理至少可在氫氣、氮氣、氬氣、氧氣中的任意一種或兩種以上混合形成的氣氛中進行，且不限於此。

在一些實施例中，所述等離子體處理採用的等離子體功率可以為0～1000W。

在一些實施例中，所述催化劑薄膜沉積可以包括：在真空或保護性氣氛下，通過物理和/或化學氣相沉積方法在襯底表面沉積催化劑薄膜。

例如，所述物理氣相沉積方法可以包括濺射、電子束蒸發、熱蒸鍍中的任意一種或兩種以上方式的組合，但不限於此。

進一步的，在一些實施例中，所述催化劑薄膜的厚度為2～2000nm。

在一些實施例中，所述的二維納米薄膜製備方法可以包括：採用化學氣相沉積方式在經過預處理的襯底上生長二維納米薄膜材料而形成樣品。

進一步的，所述化學氣相沉積方式包括：使前驅物在設定氣體氛圍和壓強下，經高溫或等離子體輔助裂解斷鍵、分解，在經過預處理的襯底上成核、生長成膜得到二維納米薄膜材料。

在一些實施例中，所述化學氣相沉積工藝採用的工藝條件包括：真空度為10-1Pa～10-8Pa，優選為10-2Pa～10-7Pa，尤其優選為10-3Pa～10-6Pa。在此真空度條件下生長，前驅體氣流量和配比的擾動對成核影響小，利於精確控制；和/或，採用的等離子體功率設定在10～1000W，優選為100～500W，其中採用等離子體可以輔助前驅體的裂解，降低生長溫度和能耗，但等離子體功率過高，生長的薄膜表面粗糙度高，且等離子體轟擊引入的缺陷增多，等離子功率過低，難以使等離子體起輝或不能充分裂解前驅體；和/或，採用的生長溫度設定在室溫～800℃，優選為300～650℃，低溫生長的實現適宜大規模工業化生產的低能耗需求，但過低的溫度均會使生長的二維薄膜結晶性變差；和/或，生長時氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa，其中若使用的氣壓過高，成核點過多，薄膜晶粒小，結晶性差，而若氣壓過低，則難以保障成核需求而得到連續的薄膜；和/或，採用的生長時間為0.1～30min，優選為1～10min，若生長時間過長，則薄膜表面異常粗糙，附著有密集的納米顆粒，而若生長時間太短，往往只能得到分離的島狀材料。若將生長時間控制在1～10min，能穩定獲得晶圓級平滑、均勻、結晶性好的連續二維納米薄膜。

在一些實施例中，所述二維納米薄膜材料可包括石墨烯、石墨烯衍生材料、氮化硼、過渡金屬硫族化合物、黑磷中的任意一種或其原子混雜和/或平面聯結和/或堆垛，且不限於此。

在一些實施例中，所述二維納米薄膜材料的厚度為單個原子層或多個原子層厚，且厚度範圍為0.3～30nm。

在一些實施例中，所述襯底可選自硬質襯底，特別是可以選自與矽工藝匹配的襯底，例如矽片、鍍有氧化層或氮化層的矽片、石英、藍寶石、氧化鎂、Ⅲ-Ⅴ族半導體襯底中的任意一種或多種的組合。

在一些實施例中，所述二維納米薄膜製備方法與矽工藝技術匹配，其可實現矽或其它硬質半導體、介質材料襯底上的連續、自動化二維薄膜材料製備，並可包括如下步驟：

(1)將襯底放置於襯底儲存室內；

(2)襯底由機械傳動裝置取出並傳送至鍍膜室；

(3)襯底在鍍膜室經過預處理或催化劑薄膜沉積後經樣品傳送室傳送至化學氣相沉積室進行二維納米薄膜材料的生長；

(4)所述沉積有二維納米薄膜材料的襯底經樣品傳送室集中放置於取樣室；

(5)重複步驟(2)～(4)。

其中，前述各步驟均可在設定真空度下完成。

在一些實施例中，在存放襯底或取出樣品時，也可在所述襯底儲存室、取樣室通入空氣或惰性氣體等。

藉由本發明的裝置和方法，能在矽或其它硬質半導體、介質材料等襯底上實現與矽工藝技術匹配的，低能耗、連續自動化的二維納米薄膜材料的直接製備；同時結合全自動樣品儲存、傳送、收集裝置以及人機互動軟體平臺實現連續自動化的可控制備模式；在低溫或溫和條件下生長二維納米薄膜，滿足低能耗的產業需求。

為了更清楚地理解本發明和本發明所產生的技術效果，下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本領域技術人員應該明了，所述的實施例僅幫助理解本發明，不應視作本發明的限制。

實施例1本實施例提供一種與矽工藝技術匹配的連續、自動化生產二維納米薄膜的製備裝置，如圖1所示，其包括如下部件：襯底儲存室1、鍍膜室2、樣品傳送室3、化學氣相沉積室4和取樣室5。結合圖1對實施例1提供的裝置進行詳細描述。襯底儲存室1設有與大氣相通的閥門11，與樣品傳送室3相通的閥門12。鍍膜室2與樣品傳送室3設有閥門13，樣品傳送室3與化學氣相沉積室4設有閥門14，樣品傳送室3與取樣室5設有閥門15，取樣室5設有與大氣相通的閥門16。通過樣品傳送室將襯底儲存室1、鍍膜室2、化學氣相沉積室4、取樣室5連接成一個整體。

所述樣品傳送室內設有機械傳送裝置，其包括傳送滑軌、機械手臂和樣品託盤。如圖2所示，機械手臂用於攜帶樣品託盤，通過滑軌完成腔室之間的傳送。各腔室內都設有可升降樣品承載臺，用於與樣品傳送室內機械傳送裝置的對準。

所述襯底儲存室1設有氣路21，鍍膜室2設有氣路22，樣品傳送室3設有氣路23，化學氣相沉積腔室4設有氣路24，取樣室5設有氣路25。鍍膜室和化學氣相沉積室內的氣路都設有獨立的質量流量計、電磁截止閥等計量和調節流量的裝置，從而精確控制氣體的流量，比如每一氣體連接口聯有質量流量計而控制各氣體的流量，每個質量流量計的兩端各設有一個電磁截止閥，電磁截止閥和質量流量計通過管路與氣體連接口相連接。

襯底儲備室1設有抽真空裝置31，鍍膜室2設有抽真空裝置32，樣品傳送室3設有抽真空裝置33，化學氣相沉積室4設有抽真空裝置34，取樣室5設有抽真空裝置35。每一抽真空裝置包括真空泵、真空管道、真空閥門、真空計等，通過抽真空裝置可以使各腔室的真空度保持在常壓至1.0×10-8Pa之間。

所述鍍膜室2內設有樣品處理器裝置51，樣品處理裝置可以為等離子體表面處理器、對氣體離子化的線圈或加熱裝置等能夠實現對樣品進行改性的裝置。加熱裝置可採用電阻加熱、紅外加熱、雷射加熱或電子束加熱等方式進行，加熱溫度範圍室溫～2000℃，優選為室溫～1000℃。鍍膜室2內還設有物理氣相沉積系統71，所述的物理氣相沉積系統包括濺射鍍膜系統、電子束蒸發鍍膜系統、熱蒸鍍系統等中的任意一種或兩種以上的組合。

所述化學氣相沉積腔室4設有加熱裝置51，加熱裝置採用電阻加熱、紅外加熱、雷射加熱或電子束加熱等方式進行，加熱溫度範圍室溫～2000℃，優選為室溫～1000℃。化學氣相沉積腔室4內還配有等離子體發生器72，所述等離子體發生器72可以是射頻等離子體，也可以是電感耦合等離子體，等離子體功率為0～5000W，優選為0～1000W。

實施例2本實施例提供一種與矽工藝技術匹配的連續、自動化製備大面積石墨烯薄膜的方法，所述方法使用實施例1所述的製備裝置，具體包括如下步驟：

(1)襯底儲存室充氣開腔，將與矽工藝技術匹配的襯底，包括矽片、鍍有氧化層或氮化層的矽片、石英、藍寶石等放置於襯底儲存室，並抽真空；

(2)選定襯底儲存室中將使用的襯底，利用升降裝置將襯底放到設置可傳送的位置，打開襯底儲存室與樣品傳送室3之間的閥門，由傳送室3中的機械傳動裝置取出襯底並收回傳送至鍍膜室；

(3)襯底在鍍膜室經過磁控濺射沉積10-2000nm厚的銅或鎳薄膜；或依次沉積鎳膜和銅膜，鎳膜與銅膜的比例在1:1～1:100，作為石墨烯生長的催化劑。薄膜沉積過程中襯底溫度為室溫～600℃，優選為200～500℃。催化劑鍍膜在氬氣保護氣氛下進行，氬氣氣流量0～1000sccm，優選為5～100sccm；氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa。

(4)鍍有催化劑薄膜的襯底經樣品傳送室傳送至化學氣相沉積室進行石墨烯生長。生長時等離子體發生器開啟，功率設定在10～1000W，優選為100～500W；生長溫度設定在室溫～800℃，優選為300～650℃；生長時通入氫氣與碳源，如甲烷氣體；氫氣與甲烷的氣流量設定為0.2～2000sccm，優選為2～200sccm；氣流量比例1000:1～1:1，優選為100:1～5:1；氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa；生長時間0.1～30min，優選為1～10min。

(5)所述沉積有石墨烯的襯底經樣品傳送室集中傳送、放置於取樣室。

(6)步驟(2)-(5)重複持續進行，實現矽或其它硬質半導體、介質材料襯底上石墨烯薄膜的連續化生產。

本領域技術人員應該明了，所述碳源不限於甲烷氣體，還可以是甲烷、乙烯、乙炔等碳氫化合物中的任意一種或至少兩種的混合；還可以是液態碳源物質，包括乙醇、丙酮、異丙醇、乙酸乙酯、甲苯或聚甲基丙烯酸甲酯等中的任意一種或至少兩種的混合；還可以是固態碳源物質，包括焦糖、纖維、萘等中的任意一種或至少兩種的混合。

實施例3本實施例提供一種與矽工藝技術匹配的連續、自動化製備大面積石墨烯薄膜的方法，所述方法使用實施例1所述的製備裝置，與實施例2不同的是，在步驟(4)化學氣相沉積生長石墨烯時，等離子體發生器關閉，生長溫度設定在800～1200℃，生長時間0.1～60min，優選為10～40min。

實施例4本實施例提供一種與矽工藝技術匹配的連續、自動化製備大面積石墨烯薄膜的方法，所述方法使用實施例1所述的製備裝置，所述方法與實施例2或實施例3的區別在於：

步驟(3)中襯底在鍍膜室經過預處理，不需鍍催化劑薄膜。預處理採用等離子體表面處理的方式進行；採用的氣體是氧氣、氮氣、氬氣、氫氣中的任意一種或至少兩種的混合；氣流量控制在0～1000sccm，優選為5～100sccm；氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa；等離子體處理時間為1～60min，優選為5～30min。

步驟(4)將經過預處理的襯底經樣品傳送室傳送至化學氣相沉積室進行石墨烯生長。生長時除通入氫氣與碳源，如甲烷氣體外，還可以通入適量的輔助催化劑，如氧氣、氧化劑氣體(如含氧或含滷素基團的氣體分子)、矽烷中的任意一種或至少兩種的混合。

生長過程中可以是等離子體發生器開啟，功率設定在10～1000W，優選為100～500W；生長溫度設定在室溫～800℃，優選為300～650℃；氫氣與甲烷的氣流量設定為0.2～2000sccm，優選為2～200sccm；氣流量比例1000:1～1:1，優選為100:1～5:1；輔助催化劑氣體氣流量設定為0.01～100sccm，優選為0.1～20sccm；氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa；生長時間0.1～30min，優選為1～10min。

也可以是等離子體發生器關閉；生長溫度設定800～1200℃；氫氣與甲烷的氣流量設定為0.2～2000sccm，優選為2～200sccm；氣流量比例1000:1～1:1，優選為100:1～5:1；輔助催化劑氣體氣流量設定為0.01～100sccm，優選為0.1～20sccm；氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa；生長時間0.1～600min，優選為10～300min。

實施例5本實施例提供一種與矽工藝技術匹配的連續、自動化製備大面積二維六方氮化硼薄膜的方法，所述方法使用實施例1所述的製備裝置，採用實施例2或實施例3或實施例4的方法進行生長，與實施例2或實施例3或實施例4的方法的區別在於生長用前驅物不同：實施例2或實施例3或實施例4所述方法中所用前驅物為碳源物質，而本實施例所用的前驅物為含硼、氮的化合物，可以是含硼、氮的氣源，如硼烷與氮氣或氨氣的混合氣體；也可以是液態的含硼、氮的化合物，如環硼氮烷、B-三氯環硼氮烷或B-六氯環硼氮烷，氣化後混合以氫氣、氮氣或氨氣，或由氫氣、氮氣或氨氣作為載氣將液態的含硼、氮的化合物帶入化學氣相沉積室作為前驅物生長；還可以是固態的含硼、氮的化合物，如硼烷氨，升華後混合以氫氣、氮氣或氨氣。

實施例6本實施例提供一種與矽工藝技術匹配的連續、自動化製備大面積二維過渡金屬硫族化合物薄膜的方法，所述方法使用實施例1所述的製備裝置，與實施例2-5的區別在於：

生長用前驅物不同，實施例4所述方法中所用前驅物為碳源物質，而本實施例所用的前驅物為含過渡金屬和硫族的單質或化合物，可以是過渡金屬單質(鉬、鎢、鈦、鉭等)或過渡金屬氧化物、滷族化合物與硫族單質(硫、硒、碲)；也可以是金屬有機化合物混以氫氣和氬氣。以生長二硫化鉬為例，具體的實施步驟如下：

(1)襯底儲存室充氣開腔，將與矽工藝技術匹配的襯底，包括矽片、鍍有氧化層或氮化層的矽片、石英、藍寶石等放置於襯底儲存室，並抽真空；

(2)選定襯底儲存室中將使用的襯底，利用升降裝置將襯底放到設置可傳送的位置，開襯底儲存室與樣品傳送室之間的閥門，由傳送室中的機械傳動裝置取出襯底並收回傳送至鍍膜室；

(3)襯底在鍍膜室經過等離子體表面處理，採用的氣體是氧氣、氮氣、氬氣、氫氣中的任意一種或至少兩種的混合；氣流量控制在0～1000sccm，優選為5～100sccm；氣壓維持在10-8～1000Pa，優選為10-3～10Pa；等離子體處理時間為1～60min，優選為5～30min。

(4)經過預處理的襯底經樣品傳送室傳送至化學氣相沉積室進行二硫化鉬生長。

生長時可以是採用鉬或氧化鉬與硫單質作為前驅物；等離子體發生器關閉；生長時鉬或氧化鉬以熱蒸發或電子束蒸發的方式沉積在襯底表面，溫度設定在400～1200℃，優選為600～900℃；同時對硫加熱，使硫以硫蒸汽的形式對表面沉積的鉬或氧化鉬進行硫化，對硫的加熱溫度設定在50～500℃，優選為100～300℃；氣壓維持在10-8Pa～常壓，優選為10-3Pa～常壓；生長時間0.1～600min，優選為10～300min。

也可以是採用六羰基鉬、乙硫醚混以氫氣和氬氣作為化學氣相沉積生長前驅物。六羰基鉬流量控制在0.01～100sccm，優選為0.01～10sccm；乙硫醚的流量為0.1～1000sccm，優選為0.1～100 sccm；氫氣的流量為1～1000sccm，優選為1～100sccm；氮氣的流量為1～1000sccm，優選為10～500sccm；氣壓維持在10-8Pa～常壓，優選為10-3Pa～常壓；生長時間1～2400min，優選為60～1800min。

(5)所述沉積有石墨烯的襯底經樣品傳送室集中傳送、放置於取樣室。

(6)步驟(2)-(5)重複持續進行，實現矽或其它硬質半導體、介質材料襯底上二硫化鉬薄膜的連續化生產。

本發明所述的裝置與方法所生產二維納米薄膜產品除實施例2～6所涉及石墨烯、氮化硼、過渡金屬硫族化合物外，還可以是這些生長薄膜摻雜(P型、N型摻雜)後的產物，且不限於單一單原子層或多各原子層薄膜，還應包括任意兩種或兩種以上產物的平面聯結或異質結堆垛。

需要說明的是，如上實施例所採用的各種產品結構參數、各種反應參與物及工藝條件均是較為典型的範例，但經過本案發明人大量試驗驗證，於上文所列出的其它不同類型的反應參與物及其它工藝條件等也均是適用的，並也均可達成本發明所聲稱的技術效果。

應當理解，雖然已經明確展示且參考本發明的示範性實施例描述了本發明，但所屬領域的技術人員將了解，可在不脫離有所附權利要求書界定的本發明的精神和範圍的情況下，對本文作各種形式上和細節上的改變。