Способ получения двумерного материала - RU2018103550A
Код документа: RU2018103550A
Формула
1. Способ получения двумерного кристаллического материала, включающий: обеспечение в реакционной камере подложки, содержащей центры зародышеобразования;
введение в реакционную камеру предшественника через точку входа предшественника, при этом указанный предшественник находится в газовой фазе и/или суспендирован в газе;
нагревание подложки до температуры, которая находится в пределах диапазона разложения предшественника и которая обеспечивает образование двумерного кристаллического материала из вещества, выделяющегося из разлагаемого предшественника; характеризующийся:
охлаждением точки входа предшественника.
2. Способ получения двумерного кристаллического материала, включающий: обеспечение подложки, содержащей центры зародышеобразования, в реакционной камере с плотной сборкой;
введение предшественника в реакционную камеру с плотной сборкой, при этом указанный предшественник находится в газовой фазе и/или суспендирован в газе; и
нагревание подложки до температуры, которая находится в пределах диапазона разложения предшественника и которая обеспечивает образование двумерного кристаллического материала из вещества, выделяющегося из разлагаемого предшественника.
3. Способ по п. 1 или 2, включающий герметизацию реакционной камеры после введения предшественника для минимизации или предотвращения потока предшественника в реакционную камеру с плотной сборкой или из нее.
4. Способ по п. 1 или 2, включающий пропускание потока предшественника поверх нагретой подложки в реакционной камере.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что поток предшественника сталкивается с пограничным слоем подложки, с направления, которое по существу перпендикулярно поверхности подложки.
6. Способ по любому из пп. 1-5, включающий обеспечение равномерного объемного потока предшественника по существу по всей поверхности подложки.
7. Способ по п. 4, 5 или 6, включающий пульсацию потока предшественника, проходящего поверх нагретой подложки.
8. Способ по любому из пп. 1-7, включающий обеспечение первого набора условий в реакторе, способствующего первоначальной адсорбции компонента на подложку с последующим обеспечением второго набора условий в реакторе, способствующего образованию и коалесценции слоя двумерного кристаллического материала.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что обеспечение второго набора условий в реакторе включает изменение температуры подложки и/или изменение давления в реакционной камере и/или изменение скорости потока предшественника поверх подложки.
10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что расстояние между поверхностью подложки, на которой получают двумерный кристаллический материал, и точкой, через которую предшественник поступает в камеру, составляет по существу менее 100 мм и более предпочтительно менее или равно 60 мм.
11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что расстояние между поверхностью подложки, на которой получают двумерный кристаллический материал, и потолком реакционной камеры с плотной сборкой, расположенным непосредственно напротив подложки, составляет по существу менее 100 мм и более предпочтительно менее или равно 60 мм.
12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что указанное расстояние меньше или по существу равно 20 мм.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанное расстояние составляет менее 10 мм.
14. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что подложка обеспечивает кристаллическую поверхность, на которой получают двумерный кристаллический материал.
15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что подложка обеспечивает неметаллическую поверхность, на которой получают двумерный кристаллический материал.
16. Способ по любому из пп. 6-15, отличающийся тем, что смесь предшественника с разбавляющим газом пропускают поверх нагретой подложки.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что разбавляющий газ содержит один или более газов, выбранных из перечня, включающего водород, азот, аргон и гелий.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что разбавляющий газ содержит водород и/или азот.
19. Способ по любому из пп. 1-18, включающий введение в реакционную камеру с плотной сборкой легирующего элемента и выбор температуры подложки, давления в реакционной камере с плотной сборкой и скорость газового потока для получения легированного двумерного кристаллического материала.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что предшественник содержит легирующий элемент.
21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что второй предшественник, находящийся в газовой фазе и/или суспендированный в газе и содержащий легирующий элемент, пропускают поверх нагретой подложки в реакционной камере с плотной сборкой.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что поток второго предшественника, проходящий поверх нагретой подложки, подают в пульсирующем режиме.
23. Способ по п. 21 или 22, отличающийся тем, что второй предшественник содержит одно или более соединений, выбранных из одной или более из следующих групп: металлорганического соединения, металлоцена, галогеноуглерода, гидрида и галогена.
24. Способ получения множества выложенных в стопу слоев двумерного кристаллического материала, включающий применение способа по любому из пп. 1-23 для получения первого слоя двумерного кристаллического материала или легированного двумерного кристаллического материала; с последующим изменением температуры подложки и/или изменением давления в реакционной камере и/или изменением скорости потока предшественника с получением дополнительного слоя двумерного кристаллического материала или дополнительного слоя легированного двумерного кристаллического материала на первом слое двумерного кристаллического материала или легированного двумерного кристаллического материала.
25. Способ по п. 24 включает замену предшественника и/или введение второго предшественника, находящегося в газовой фазе и/или суспендированного в газе, с формированием дополнительного слоя двумерного кристаллического материала.
26. Способ по любому из пп. 1-25, отличающийся тем, что двумерный кристаллический материал представляет собой графен и указанное вещество представляет собой углерод.
27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что предшественник включает одно или более соединений, выбранных из любой одной или более из следующих групп: углеводорода, гидрида, галогеноуглерода, в том числе галогеналкана и галогенамидов, металлоцена, металлорганического соединения, амина, в том числе алкиламинов, органических растворителей и азосоединений и необязательно азидов, имидов, сульфидов и фосфидов.
28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что предшественник включает одно или более соединений, выбранных из любой одной или более из следующих групп:
галогеноуглерода, углеводорода, азосоединения, металлоцена и необязательно металлорганического соединения.
29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что предшественник включает бромметан, метан, этан, циклопентадиенил магний, четырехбромистый углерод, азометан, азометан и/или ацетилен.
30. Способ по любому из пп. 1-25, отличающийся тем, что двумерный кристаллический материал представляет собой силицен и указанное вещество представляет собой кремний.
31. Способ получения гетероструктуры, содержащей двумерный кристаллический материал, имеющий поверхность раздела со вторым слоем, включающий: применение способа по любому из пп. 1-30 с первым набором условий в реакторе с получением на подложке двумерного кристаллического материала в реакционной камере с плотной сборкой; и
введение второго предшественника при применении второго набора условий в реакторе с формированием на подложке второго слоя.
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что второй слой содержит пленку.
33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что второй слой представляет собой полупроводник.
34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что второй слой содержит по меньшей мере одно из следующих веществ: GaN, BN, AlN, AlGaN, SiN.
35. Способ по любому из пп. 31-34, отличающийся тем, что второй слой представляет собой второй двумерный кристаллический материал.
36. Способ по любому из пп. 31-35, отличающийся тем, что разделяющий промежуток между подложкой и потолком камеры реактора, расположенным непосредственно над подложкой, изменяют в интервале между формированием слоя двумерного кристаллического материала и формированием второго слоя.
37. Лист двумерного материала, предпочтительно графена, со средним размером зерен, равным или большим 20 мкм.
38. Лист графена, состоящий из одного или более зерен достаточного размера, который по существу сохраняет целостность без защитного связующего вещества при удалении с подложки, на которой указанный лист графена был сформирован.
39. Гетероструктурный материал, содержащий двумерный кристаллический материал, имеющий поверхность раздела со вторым слоем, отличающийся тем, что указанная поверхность раздела непрерывно проходит по всему материалу.
40. Способ по любому из пп. 1-30, отличающийся тем, что перепад температуры между подложкой и впускным отверстием для предшественника равен или больше 1000°С на метр.
41. Двумерный материал, полученный с применением любого способа по пп. 1-30 и/или 40.
42. Способ получения графена, включающий: обеспечение подложки, содержащей центры зародышеобразования, в реакционной камере с плотной сборкой;
введение предшественника, содержащего углерод, в реакционную камеру с плотной сборкой, при этом указанный предшественник находится в газовой фазе и/или суспендирован в газе; и
нагревание подложки до температуры в пределах диапазона разложения предшественника для выделения из предшественника углерода.
43. Способ получения двумерного кристаллического материала, включающий: обеспечение подложки, содержащей центры зародышеобразования, в реакционной камере;
нагревание подложки до температуры, которая находится в пределах диапазона разложения предшественника и которая обеспечивает образование двумерного кристаллического материала из вещества, выделяющегося из разлагаемого предшественника;
поддержание объема реакционной камеры, который является относительно холодным, для создания температурного градиента, проходящего от поверхности подложки по направлению к объему;
введение предшественника в реакционную камеру через впускное отверстие, при этом указанный предшественник находится в газовой фазе и/или суспендирован в газе; и обеспечение прохождения предшественника из объема вдоль температурного градиента к поверхности подложки.
44. Способ по п. 43, отличающийся тем, что температурный градиент равен 1000°С на метр или более.
45. Способ по п. 43 или 44, отличающийся тем, что разделяющий промежуток между впускным отверстием и поверхностью подложки составляет 100 мм или менее.
