二维原子晶体及其生长方法技术

本公开提供一种二维原子晶体及其生长方法，方法包括：在第一衬底上生长固态源薄膜；将第二衬底与第一衬底叠放后置于加热炉中，其中，固态源薄膜位于第一衬底和第二衬底之间；在保护气体气氛下，将加热炉加热至反应温度，保持反应温度时间T后，降至室温，以在第二衬底上生长得到二维原子晶体。本公开的二维原子晶体生长方法工艺简便，直接在介质衬底上生长得到的六方氮化硼二维原子晶体晶格取向单一，结晶质量极高。生长过程清洁环保，对生产设备的要求低，成本低廉，便于工业化推广。便于工业化推广。便于工业化推广。

【技术实现步骤摘要】
二维原子晶体及其生长方法


[0001]本公开涉及材料制备
，尤其涉及一种二维原子晶体及其生长方法。

技术介绍

[0002]伴随着石墨烯研究的深入，其他二维原子晶体诸如六方氮化硼(Hexagonal boron nitride，h
‑
BN)、过渡金属硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides，TMDs)、黑磷、硅烯、锗烯等也逐渐进入科研工作者的视野。其中，六方氮化硼作为二维材料，具有原子级平整的表面、极少表面悬挂键及陷阱电荷、低的介电常数，是其他二维材料器件理想的衬底和栅介质及包覆层；另一方面其作为一种宽禁带半导体，具有良好的绝缘性、高的吸收系数、高热导率，这些性质使其在高温、高频、大功率电子器件以及深紫外光电器件方面具有良好的应用前景。
[0003]现有生长h
‑
BN的衬底分为金属衬底和介质衬底。由于金属衬底具有催化特性，所以在金属衬底上可以得到结晶质量较高的单晶畴。但是当h
‑
BN铺满整个衬底的时候，金属的催化活性会受到极大的限制，从而产生自限效应，所以通常金属衬底上生长的h
‑
BN厚度较薄，限制了h
‑
BN在高功率器件方面的应用，而且在金属衬底上生长的h
‑
BN在进行后续测试及器件制作之前需要先转移到介质衬底上，转移过程会引入杂质和缺陷，导致转移后的样品质量下降，不利于基于h
‑
BN器件性能的提升。而介质衬底由于缺乏催化活性，在上面生长的h<br/>‑
BN质量一般比较差，从目前已经发表的一些论文来看，直接在介质衬底上生长的BN相比于在金属衬底上生长的样品，其Raman光谱的特征峰半高宽较大，HRTEM里基本看不到连续的层状结构，说明直接在介质衬底上生长的样品质量较差。并且在介质衬底上大面积生长h
‑
BN一般采用MOCVD设备，而MOCVD前驱体有毒、副产物多、生长参数相互关联，较难控制。因而，实现大面积高质量的六方氮化硼二维原子晶体的生长仍需进一步研究。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]针对现有的技术问题，本公开提供一种二维原子晶体及其生长方法，用于至少部分解决以上技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本公开提供一种二维原子晶体生长方法，包括：在第一衬底上生长固态源薄膜；将第二衬底与第一衬底叠放后置于加热炉中，其中，固态源薄膜位于第一衬底和第二衬底之间；在保护气体气氛下，将加热炉加热至反应温度，保持反应温度时间T后，降至室温，以在第二衬底上生长得到二维原子晶体。
[0008]可选地，第一衬底采用金属衬底或介质衬底，第二衬底采用介质衬底。
[0009]可选地，介质衬底采用氧化铝或氧化锆。
[0010]可选地，固态源薄膜采用氮化硼或硼单质。
[0011]可选地，氮化硼采用六方氮化硼。
[0012]可选地，采用物理气相沉积，化学气相沉积，分子束外延或液相沉积中的任意一种方法在第一衬底上生长固态源薄膜。
[0013]可选地，在保护气体气氛下，将加热炉加热至反应温度，保持反应温度时间T后，降至室温，在第二衬底上生长得到二维原子晶体包括：将加热炉抽真空至1Pa以下，以第一速率通入氩气或氮气至常压，重复抽真空通保护气体4
‑
6次后，将加热炉以第二速率加热至1350℃
‑
1750℃；固定通气速率不变，保持反应温度0.5h
‑
4h，以第三速率降温至500℃后，自然冷却至室温，得到二维原子晶体；其中，第一速率采用40sccm
‑
400sccm，第二速率小于等于5℃/min，第三速率小于等于3℃/min。
[0014]可选地，在第一衬底上生长一层厚度大于等于30nm的固态源薄膜。
[0015]可选地，在第一衬底上生长固态源薄膜之前，二维原子晶体生长方法还包括：将第一衬底与第二衬底依次置于丙酮、异丙醇、乙醇和去离子水中超声清洗并用氮气吹干。
[0016]本公开另一方面提供一种二维原子晶体，采用本公开任一实施例的二维原子晶体生长方法制备得到。
[0017](三)有益效果
[0018]本公开提供一种二维原子晶体生长方法，通过将介质衬底叠放在表面含有固态硼源的另一衬底上，在加热炉中通过加热蒸发固态硼源的方式，即可在介质衬底的表面生长出高质量的六方氮化硼二维原子晶体。本公开的二维原子晶体生长方法工艺简便，直接在介质衬底上生长高质量的六方氮化硼二维原子晶体，减少了转移过程可能引入的杂质和缺陷，生长得到的六方氮化硼二维原子晶体晶格取向单一，结晶质量极高。生长过程清洁环保，对生产设备的要求低，成本低廉，便于工业化推广。
附图说明
[0019]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0020]图1示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的生长方法流程图；
[0021]图2示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的生长装置结构图；
[0022]图3示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的SEM图；
[0023]图4示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的AFM图；
[0024]图5示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的TEM图；
[0025]图6示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的拉曼光谱图；
[0026]图7示意性示出了根据本公开实施例的二维原子晶体的XRD谱图；
[0027]图8示意性示出了根据本公开另一实施例的二维原子晶体的拉曼光谱图；
[0028]图9示意性示出了根据本公开又一实施例的二维原子晶体的拉曼光谱图；
[0029]图10示意性示出了根据本公开又一实施例的二维原子晶体的拉曼光谱图。
[0030]【附图标记说明】
[0031]1‑
保护气体源
[0032]2‑
第一衬底
[0033]3‑
固态源薄膜
[0034]4‑
第二衬底
[0035]5‑
加热炉
[0036]6‑
真空泵
[0037]7‑
通气阀门
[0038]8‑
铂保护层
[0039]9‑
h
‑
BN二维原子晶体
具体实施方式
[0040]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0041]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维原子晶体生长方法，包括：在第一衬底上生长固态源薄膜；将第二衬底与所述第一衬底叠放后置于加热炉中，其中，所述固态源薄膜位于所述第一衬底和所述第二衬底之间；在保护气体气氛下，将所述加热炉加热至反应温度，保持所述反应温度时间T后，降至室温，以在所述第二衬底上生长得到所述二维原子晶体。2.根据权利要求1所述的二维原子晶体生长方法，所述第一衬底采用金属衬底或介质衬底，所述第二衬底采用介质衬底。3.根据权利要求2所述的二维原子晶体生长方法，所述介质衬底采用氧化铝或氧化锆。4.根据权利要求1所述的二维原子晶体生长方法，所述固态源薄膜采用氮化硼或硼单质。5.根据权利要求4所述的二维原子晶体生长方法，所述氮化硼采用六方氮化硼。6.根据权利要求1所述的二维原子晶体生长方法，采用物理气相沉积，化学气相沉积，分子束外延或液相沉积中的任意一种方法在所述第一衬底上生长所述固态源薄膜。7.根据权利要求1所述的二维原子晶体生长方法，所述在保护气体气氛下，将所述加热炉加热至反应温度，保持所述反应温度时间T后，降至室温，在所述第二衬底上生长得到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴旺，王高凯，陈镜壬，尹志岗，吴金良，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：