【摘要】：六方氮化硼(h-BN)由于其原子級平整的表面和寬帶隙性質使其成為眾多二維半導體材料理想的絕緣襯底.通常情況下通過化學氣相沉積法在金屬表面生長的h-BN表現(xiàn)出明顯的自限生長效應,僅得到單原子層的h-BN.采用單原子層的h-BN作為其他二維半導體材料的基底對其下方襯底表面懸掛鍵及電荷的屏蔽效果有限,多層h-BN可以提高屏蔽效果.本文通過化學氣相沉積法,采用生長-刻蝕-再生長的方案在銅鎳合金襯底上成功制備得到多層h-BN晶疇,刻蝕過程使銅鎳合金重新漏出,顯著提高了下一階段生長過程中多層h-BN的外延生長速率,通過該方案得到三角形狀的多層h-BN晶疇尺寸可達10~20mm.同時,使用掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜、拉曼光譜、透射電子顯微鏡等一系列測試手段對多層h-BN表面形貌、化學成分及微觀結構做了進一步表征.結果表明,h-BN中B 1s和N 1s的電子能譜峰值分別為190.4和397.8 e V,并且B和N兩種元素的含量比為1.02:1;多層h-BN的拉曼光譜峰值位移在1365 cm~(-1),半高峰寬為18 cm~(-1);選區(qū)電子衍射結果說明,多層h-BN層間具有嚴格的AA′堆垛且每一層h-BN都具有相同的晶格取向.所有表征結果說明本文所得的多層h-BN單晶具有較好的晶體質量.
[Abstract]:Hexagonal boron nitride (h-BN) is an ideal insulating substrate for many two-dimensional semiconductor materials due to its flat surface at atomic level and wide band gap. In general, the h-BN grown on the metal surface by chemical vapor deposition has obvious self-limiting growth effect, and only the h-BNs of the monatomic layer can be obtained. Using monatomic layer h-BN as the substrate of other two-dimensional semiconductor materials, the shielding effect of the hanging bond and charge on the surface of the substrate is limited. Multilayer h-BN can improve the shielding effect. In this paper, multilayer h-BN crystal domains were successfully prepared on Cu-Ni alloy substrates by means of chemical vapor deposition (CVD) and the scheme of growth-etch-regrowth was adopted. The etching process made the Cu-Ni alloy leak out again. The epitaxial growth rate of multilayer h-BN in the next stage of growth is significantly increased. The size of multi-layer h-BN crystal domain with triangular shape can reach 10 ~ 20 mm by this scheme. At the same time, the surface morphology, chemical composition and microstructure of multilayer h-BN were further characterized by means of scanning electron microscope (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy and transmission electron microscope (TEM). The results show that the peak values of electron spectrum of B _ 1s and N _ 1s in h-BN are 190.4 and 397.8 EV, respectively, and the ratio of B and N is 1.02: 1.The peak shift of Raman spectrum of multilayer h-BN is 1365 cm ~ (-1), the half-peak width is 18 cm ~ (-1). There is a strict AA 'stacking between the multilayer h-BN layers and each layer of h-BN has the same lattice orientation. All the characterization results show that the multilayer h-BN single crystal obtained in this paper has good crystal quality.
【作者單位】： 中南大學物理與電子學院;中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室;
【基金】：國家自然科學基金(11304337)資助
【分類號】：TQ128

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本文編號：2173761