大尺寸六方氮化硼二维晶体的CVD生长及机制研究

      二维材料(2D)具有单原子层级的厚度及稳定的物化性能。通过将不同的2D材料以平面或者垂直堆叠的形式组合成不同的异质材料,可以得到不同于单一材料所具有的性能,2D材料的这些特点决定了其成为最近科学界的研究热点。六方氮化硼(h-BN)是与石墨烯结构类似的二维绝缘体材料,它作为介电层在提高场效应晶体管器件的迁移率方面拥有广泛的应用前景。然而如何可控制备大面积、高质量的h-BN依旧是目前研究中所面临的首要问题。

      基于此,我们利用化学气相沉积(CVD)的方法,研究了如何可控制备大面积、高质量的h-BN,并取得了一系列进展。研究了在低压CVD体系中,成核密度、反应时间、反应压力、反应温度等参数对h-BN生长的影响;优化参数,制备出了单晶尺寸达到20μm且厚度均一的大面积h-BN薄膜。

      该薄膜具有较高的热稳定性(在950℃空气中依旧可以保持结构的稳定性)。利用它的热定稳定性,在空气中对铜箔氧化处理,可以清晰的观察到三角形形状的单片h-BN。进一步研究表明表面干净的h-BN作为介电层时,使石墨烯场效应晶体管器件的迁移率提高了6倍,这说明二者界面的干净程度对器件的电学性能有着决定性的影响。在本研究中,我们提出了一种简单、有效的实验方法来制备大尺寸的h-BN单晶,同时发现了介电层表面的干净程度对石墨烯的电学性能有重要的影响。