中國粉體網(wǎng)訊  今日，來自韓國成均館大學(xué)的Young Hee Le，東國大學(xué)的Ki Kang Kim以及KIST研究院的Soo Min Kim（共同通訊）聯(lián)合在Science上發(fā)表文章，題為“Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation”。作者報(bào)道了一種通過化學(xué)氣相沉積合成晶片級單晶hBN (SC-hBN)單層膜的方法。硼(B)和氮(N)原子在液態(tài)金中的有限溶解度促進(jìn)了高溫下原子在液體表面的高度擴(kuò)散，從而產(chǎn)生圓形hBN顆粒。這些晶粒通過晶粒間靜電相互作用所形成的B和N邊的自準(zhǔn)直進(jìn)一步演化為緊密排列的密堆積晶粒，最終在晶圓尺度上形成SC-hBN薄膜。這種SC-HBn膜還能夠合成晶片級石墨烯/ hBN質(zhì)結(jié)構(gòu)和單晶二硫化鎢。

六方氮化硼(hBN)被稱為白色石墨烯，由交替的六邊形B原子和N原子組成的原子級平面層組成，它們通過層間范德華相互作用結(jié)合在一起。與石墨烯極佳的導(dǎo)電性不同的是，hNB具有極其優(yōu)異的絕緣性能，這使得其在各種基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，例如，作為電荷波動(dòng)、接觸電阻、柵極電介質(zhì)、鈍化層和原子隧穿層。盡管微米尺寸的多晶hBN已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并被用于基礎(chǔ)研究，但晶片級單晶hBN (SC-hBN)薄膜還不能用于實(shí)際應(yīng)用。合成SC-hBN膜的一種方法是從隨機(jī)取向的三角形顆粒開始，并最終將它們合并以形成多晶hBN (PC-hBN)膜。然而，隨機(jī)取向的hBN晶粒之間的晶界不可避免地產(chǎn)生PC-hBN膜，并且在PC-hBN中大量的晶界導(dǎo)致電荷散射，位點(diǎn)捕獲，阻礙了高性能電子器件的發(fā)展。因此，期望科研人員獲得SC-hBN膜的替代方案。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 單晶hBN膜的合成

圖2. SC-hBN 膜的原子結(jié)構(gòu)

圖3. SC-Gr/hBN 異質(zhì)結(jié)和單晶WS2膜的垂直生長

圖4. 晶片級SC-hBN film膜的防銅氧化和水蒸氣阻隔保護(hù)層應(yīng)用

【總結(jié)】

總之，作者采用能夠自調(diào)節(jié)的圓形hBN晶粒之間的自準(zhǔn)直的方法合成了無晶界的SC-hBN膜。關(guān)鍵步驟是圓形hBN顆粒在液態(tài)Au襯底上發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由每個(gè)顆粒周圍的B原子和N原子之間的吸引靜電相互作用調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致hBN膜在晶片上的單晶生長。SC-hBN膜是石墨烯/hBN異質(zhì)結(jié)構(gòu)和WS2膜在晶片規(guī)模上單晶生長的有前景的襯底。作者合成SC-hBN薄膜的策略為其他2D材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)在晶片上的單晶生長開辟了新的道路。

文獻(xiàn)鏈接：Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation, (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aau2132)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青禾）