上海微系統所在介質襯底表面制備高質量多層h-BN研究方面取得新進展

  

  212日,山东11选5信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室在《自然-通訊》雜志上在線發表了題為“介質襯底表面氣--固法制備大面積多層六方氮化硼”(Vapor–liquid–solid growth of large-area multilayer hexagonal boron nitride on dielectric substrates)的論文。該研究創造性提出一種制備多層六方氮化硼(h-BN)的新策略,突破了目前二維材料與器件應用缺少與之匹配的大面積高質量介質材料的科學難題。

  面向二維晶體理論研究與器件應用,h-BN以原子級平整表面、無懸掛鍵及良好的理化穩定性等優勢,成為目前最具潛力的二維晶體器件的介質襯底和封裝材料。近年來,上海微系統所吳天如、盧光遠、時志遠等研究人員著眼于h-BN單晶生長與異質結構筑等領域展開了一系列研究(Nature Communications, 2015, 6, 6160; Advanced Science, 2017, 4, 1700076)相比于單層h-BN,多層h-BN保持二維晶體本征特性中發揮關鍵作用。然而,多年來大面積高質量多層h-BN薄膜制備技術一直未能取得突破。基于機械剝離h-BN片層作為介質襯底和封裝層的單個二維晶體器件原型演示難以適應未來規模化應用。

  上海微系統所吳天如、時志遠研究團隊設計了Fe-B合金新體系,熔融Fe82B18合金催化氣態N2形成N原子,促進其與體系中B原子化合形成B-N對。液態金屬中大量空位遷移通道以及藍寶石襯底與h-BN取向關系促進了熔融合金/藍寶石界面5~50 nm厚高質量h-BN薄膜的外延生長。通過力學測量證明其楊氏模量接近理論計算數值研究團隊進一步提出多層h-BN生長的“溶解-擴散-外延”新機制,該方法對于可控制備二元體系二維晶體薄膜具有一定的開拓意義。上海微系統所王浩敏研究團隊通過構筑h-BN/Graphene/h-BN異質結構,驗證了多層h-BN作為介質襯底和封裝層對保持二維晶體本征特性的積極作用。上海科技大學物質學院劉志研究團隊利用原位近常壓XPS等手段系統研究了多層h-BN的生長新機制。該工作為以高質量晶圓級多層h-BN薄膜替代機械剝離片層,在其表面構建二維晶體器件實現大規模應用奠定了基礎。

  該工作時志遠博士和王秀君博士為共同第一作者,吳天如副研究員與王浩敏研究員為共同通訊作者。該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、中國科學院先導B類、中國科學院青年創新促進會、上海市啟明星計劃以及上海市科委的資助。

  原文鏈接:

1. 基于氣--固法實現介質襯底表面大面積多層h-BN可控制備

2.多層h-BN的力學性能表征及電子學應用