[发明专利]氮化硼材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种制备氮化硼材料，例如氮化硼(BN)或碳氮化硼(BCN)的方法。该方法可以包括：提供衬底；以及使胺硼烷络合物升华到衬底上以获得氮化硼材料。氮化硼络合物包括，但不限于，环硼氮烷、氨基硼烷、三甲胺硼烷和三乙胺硼烷。此外，可以改变进行升华的温度以控制所形成的氮化硼材料的组成。此外，通过使用本方法，可以获得各种形态，即膜、纳米管和多孔泡沫。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月8日提交的新加坡专利申请号10201600155R的优先权，其内容通过引用全部并入本文用于所有目的。

技术领域

各种实施例涉及氮化硼材料以及制备氮化硼材料的方法。

背景技术

六方氮化硼(h-BN)由于其类似于石墨的蜂窝状晶格结构，因此也称为“白色石墨”。独特地作为二维(2D)族中的绝缘体，外加其原子平滑度和低密度的表面悬空键(dangling bonds)，h-BN表现出许多优异的性能，可以用作为其他2D材料的衬底或介电材料、保护涂层、热界面材料、和散热片，其他2D材料例如是石墨烯、以及用于各种高性能2D异质结构装置和下一代2D异质结构电子器件的过渡金属二硫化物(TMDs)。由于其能够承受苛刻条件，h-BN还可以用作超薄封装层，以防止由于更容易氧化的材料(例如黑磷(BP))导致的装置降解。

出于工业化和可制造性的需求，已经探索了各种为实现大距离的原子级薄的h-BN膜的合成技术，例如表面偏析方法、固体源扩散、离子束溅射沉积(IBSD)、脉冲激光沉积(PLD)、反应磁控溅射、以及分子束外延(MBE)。

对于BN膜的生长，已经探索了传统的含硼气态前体，例如三溴化硼(BBr₃)、三氟化硼(BF₃)、三氯化硼(BCl₃)以及乙硼烷(B₂H₆)，和含氮气态前体，例如氨(NH₃)，一起作为原料气体。然而，这些含硼化合物毒性很大，这限制了它们的应用。因此，对于高质量BN膜生长，探索和开发其他毒性较小且成本较低的替代品以及其相应的工艺仍然是迫切需要的。

可以通过将CH₄混合到反应中，使用另外的含C前体制备包含BN和石墨烯域(BNC)的复合材料的三元膜。厚度为100nm以上的、块状无定形、有纹理的或纳米晶体的BNC膜典型地可以在Si衬底上生长。然而，由于缺乏催化活性、外延关系和不同的生长机制，原子级薄的高度结晶的膜不能沉积到Si或其他介电衬底上。在这种情况下，由于前体的不可控的成核以及不完全分解，BN或BNC膜的生长是随机取向的。

鉴于上述情况，仍然需要一种制备氮化硼材料的改进方法，以克服或至少减轻一个或多个上述问题。

发明内容

在第一方面中，提供了一种制备氮化硼材料的方法。所述方法包括：

a)提供衬底；以及

b)使胺硼烷络合物升华到衬底上以获得氮化硼材料，其中，改变进行升华的温度以控

制所形成的氮化硼材料的组成。

在第二方面中，提供了一种通过根据第一方面的方法制备的氮化硼材料。

附图说明

参考以下详细描述，以及非限制性实施例和附图，能够更好地理解本发明，其中：

图1A是描绘用于h-BN/h-BCN膜生长的化学气相沉积(CVD)设置的总体布局的示意图。如本文所用，h-表示六方形的，BN表示氮化硼，而BCN表示掺杂有碳的氮化硼。