一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化硼封装的二维有机‑无机异质结及其制备方法，属于二维半导体材料领域。其制备方法包括如下步骤：将氮化硼转移到硅片衬底，并在底层氮化硼上外延生长出有机薄膜；用细针带起金电极和顶层氮化硼，放置在待转移的二维无机材料上；然后用细针带起金电极、顶层氮化硼及二维无机材料，并置于有机薄膜的底层氮化硼上，最后将封装后的异质结置于真空装置中，使二维有机材料和/或二维无机材料紧密贴合。本发明专利技术通过采用氮化硼代替传统玻璃薄膜作为封装层，不仅能够起到很好的封装作用，能隔绝外界水氧对二维材料的影响，而且能够增加电子迁移率；而且，以带洞的金电极做支撑层，即方便后期去除，又可以实现快速转移、精确对准。

A two-dimensional organic-inorganic heterojunction encapsulated in boron nitride and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结及其制备方法
本专利技术属于二维半导体材料领域，尤其是一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结及其制备方法。
技术介绍
二维半导体材料作为一种新型的材料，自从2004年单层石墨烯被发现后便引发了普遍的关注。是一种具有机械强度高、导热系数高、高迁移率、超薄透明、柔性可卷曲等优点的新型材料。它优良的光学电学特性是的其在在光电、生物、存储、柔性、集成电路等领域都取得了突破。目前制备异质结的方法主要有两种：化学外延生长法和物理气相沉积法，其中比较著名的有分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）。这两类方法所制备的高品质异质结构，为构建高电子迁移率的晶体管、LED和量子级联激光器等先进功能器件起到了做出了重要贡献。然而，这两类技术所构建的异质结都依赖于一对一的化学键作用，对两种材料的晶格匹配度要求极高。对于化学外延生长法而言，晶格失配容易导致多晶的形成，且界面受应变影响极大；对于物理气相沉积法，其对材料类型和晶格匹配度要求度相对比较灵活，但是沉积的材料大多是无定形或多晶态，且界面容易受缺陷或化学紊乱所干扰。范德瓦耳斯异质结通过相对较弱的范德华相互作用力物理组装在一起，不依赖于化学键，也不受限于材料的晶格匹配度，为电子和光电器件行业带来了新的曙光。原则上来说，如果对晶格相似性和加工兼容性没有特殊要求，这种范德瓦耳斯异质结集成策略适用于任何材料，尤其是适用于具有不同晶体结构、不同电子特性、不同尺寸和维度的材料的柔性集成。通过范德瓦耳斯相互作用，二维层状材料中的共价键合原子层彼此间的结合很弱，这为分离、混合和匹配单个原子层提供了相当大的灵活性，而不受晶格和处理兼容性的限制。因此，它可以为在原子尺度上几乎任意地组合多种材料和整合不同的特性打开广阔的可能性，从而使现有材料无法触及的全新机遇成为可能。现阶段二维有机-无机范德瓦耳斯异质结的制作、转移、封装过程中，主要使用干法转移或湿法转移。其中，湿法转移转移过程中的需要引入化学助剂辅助二维纳米材料的解离，脱离原有衬底表面、去除转移介质，会引入其他的化学试剂污染界面，导致二维纳米材料的质量出现下降。而干法转移则需要使用的聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底作为转移介质，几乎不引入污染，所以获得的样品质量一般较湿法转移高，但缺点是（PDMS）作为衬底时的黏附力较弱，转移成功率不高。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中所涉及的问题。技术方案：一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结，包括：衬底、底部封装层、二维纳米层和顶部封装层四部分。其中，衬底，其材质为硅片；底部封装层，其材质为二维氮化硼，设置在所述衬底上；二维纳米层，由至少两层的二维有机材料和/或二维无机材料形成的层状异质结结构，并设置在所述底部封装层上；顶部封装层，其材质为二维氮化硼，设置在所述二维纳米层的另一侧。基于上述氮化硼封装的二维有机-无机异质结的制备方法，包括如下步骤：S1、将二维氮化硼转移到硅片衬底上作为底部封装层进行封装，并用在底部封装层的氮化硼上用化学气相沉积法外延生长出有机薄膜；S2、将顶部封装层的二维氮化硼转移到硅片表面，并覆以带洞的金电极在氮化硼上，金电极被曝光的带洞区域置于二维层状氮化硼上，且二维氮化硼面积应大于方孔的面积，并进行高温加热；S3、利用细针带起金电极及顶部封装层的二维氮化硼，并将二维氮化硼放置在待转移的二维无机材料上；S4、在光学显微镜下，用细针带起金电极、顶部封装层的二维氮化硼以及二维无机材料，并置于生长有有机薄膜的底部封装层的氮化硼上，通过金电极上的方孔对准二维无机材料与二维有机层，并将整体置于生长有有机薄膜的底部封装层的氮化硼上；S5、用细针掀去顶部封装的二维氮化硼上的金电极。S6、最后将所制得的氮化硼封装的异质结置于真空装置中，使二维有机材料和/或二维无机材料紧密贴合。作为一个优选方案，二维氮化硼通过机械剥离法或化学气相沉积法制得。作为一个优选方案，所述有机薄膜包括半导体苝四甲酸二酐、半导体苝二酰亚胺、半导体二辛基苯并噻吩并苯并噻吩、N，N'-二甲基双羧酰亚胺中的一种或多种有机半导体材料。作为一个优选方案，所述金电极采用电子束曝光技术制成，在所述金电极上设置有中空的小孔，在所述金电极上设置有中空的边长为20um的正方形小孔。作为一个优选方案，所述金电极覆盖在氮化硼上后于200-260℃的真空中加热。作为一个优选方案，所述待转移的二维材料利用机械剥离的方法得到氧化硅上的二维无机材料。作为一个优选方案，所述细针针尖蘸有在室温下为液态的金属胶，作为粘合金电极的胶水。有益效果：本专利技术涉及一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结及其制备方法，通过采用氮化硼代替传统玻璃薄膜作为封装层，不仅能够起到很好的封装作用，能隔绝外界水氧对二维材料的影响，而且能够增加电子迁移率。通过将液态的金属胶与带洞的金电极配合，提高其与二维材料之间黏附力，提高了转移成功率和准确性，而且，以带洞的金电极做支撑层，即方便后期去除，又可以实现快速转移、精确对准。附图说明图1是本专利技术的氮化硼封装的有机-无机范德瓦耳斯异质结的结构示意图。图2是本专利技术将金电极置于顶部封装层上，作为支撑层级顶部封装的示意图。图3是本专利技术将覆有金电极的底部封装层转移到二维无机材料上的示意图。图4是本专利技术将二维无机材料层和顶部封装层转移到二维有机材料和底部封装层上的示意图。附图标记为：衬底1、底部封装层2、二维有机材料3、二维无机材料4、顶部封装层5、金电极6、细针7。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。如附图1所示，一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结，包括：衬底1、底部封装层2、二维纳米层和顶部封装层5四部分。其中，衬底1，其材质为硅片；底部封装层2，其材质为二维氮化硼，设置在所述衬底1上；二维纳米层，由至少两层的二维有机材料3和/或二维无机材料4形成的层状异质结结构，并设置在所述底部封装层2上；顶部封装层5，其材质为二维氮化硼，设置在所述二维纳米层的另一侧。更具体的，所述底部封装层和底部封装层的厚度为40～50nm，二维纳米层的厚度为4～10nm；其中二维有机材料和二维无机材料之间的厚度比为1：（1～2）。所述二维纳米层与顶部封装层、顶部封装层之间通过液态的金属胶相连接，优选为铟镓合金作为粘合金电极6的胶水，其厚度为10～20nm，相较于原子层彼此间的结合力，具有更强的结合力。由于六方氮化硼是一种绝缘的层状二维材料，拥有与石墨烯高度相似的晶体结构。因此，在二维有机-无机异质结的制备的过程中直接用六方氮化硼进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结，其特征在于，包括：/n衬底，其材质为硅片；/n底部封装层，其材质为二维氮化硼，设置在所述衬底上；/n二维纳米层，由至少两层的二维有机材料和/或二维无机材料形成的层状异质结结构，并设置在所述底部封装层上；/n顶部封装层，其材质为二维氮化硼，设置在所述二维纳米层的另一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼封装的二维有机-无机异质结，其特征在于，包括：
衬底，其材质为硅片；
底部封装层，其材质为二维氮化硼，设置在所述衬底上；
二维纳米层，由至少两层的二维有机材料和/或二维无机材料形成的层状异质结结构，并设置在所述底部封装层上；
顶部封装层，其材质为二维氮化硼，设置在所述二维纳米层的另一侧。


2.根据权利要求1所述的氮化硼封装的二维有机-无机异质结，其特征在于，所述二维氮化硼为层状六方氮化硼。


3.基于权利要求1～2任一项所述的氮化硼封装的二维有机-无机异质结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将二维氮化硼转移到硅片衬底上作为底部封装层进行封装，并用在底部封装层的氮化硼上用化学气相沉积法外延生长出有机薄膜；
S2、将顶部封装层的二维氮化硼转移到硅片表面，并覆以带洞的金电极在氮化硼上，金电极被曝光的带洞区域置于二维层状氮化硼上，且二维氮化硼面积应大于方孔的面积，并进行高温加热；
S3、利用细针带起金电极及顶部封装层的二维氮化硼，并将二维氮化硼放置在待转移的二维无机材料上；
S4、在光学显微镜下，用细针带起金电极、顶部封装层的二维氮化硼以及二维无机材料，并置于生长有有机薄膜的底部封装层的氮化硼上，通过金电极上的方孔对准二维无机材料与二维有机层，并将整体置于生长有有机薄膜的底部封装层...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞正，高丽，王欣然，疏静，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32