[发明专利]多层六方氮化硼薄膜的制备方法

说明书

本发明提供一种多层六方氮化硼薄膜的制备方法，包括如下步骤：1)提供一衬底；2)提供含硼固态催化剂，将含硼固态催化剂置于衬底上；3)将含硼固态催化剂进行退火处理，以使得含硼固态催化剂熔化；4)向溶化后的含硼固态催化剂所在环境内同时通入含氮气体及保护气体，含氮气体与含硼固态催化剂进行反应以于衬底表面形成多层六方氮化硼薄膜。本发明的多层六方氮化硼薄膜的制备方法可以在衬底表面制备横向尺寸达英寸级且厚度在几纳米至几百纳米之间的六方氮化硼薄膜；本发明的多层六方氮化硼薄膜的制备方法的制备条件简单、成本低廉、对环境友好、生长参数的窗口较宽、重复性好，为六方氮化硼在二维材料器件领域的应用奠定良好的基础。

技术领域

本发明属于二维材料制备技术领域，特别是涉及一种多层六方氮化硼薄膜的制备方法。

背景技术

六方氮化硼层状材料作为典型的二维绝缘或半导体材料，其具有较高的禁带宽度(5.97eV)，优异的热稳定性和化学稳定性以及超高的热导率。同时，六方氮化硼与石墨烯具有相似的晶格结构和电子结构，晶格失配度很低(～1.6％)，其原子级平整表面能够有效增强石墨烯的电子学特性。这些优点都使其作为高质量介质层和保护层在集成电子学和光子学领域具有卓越的潜能。

与其他二维材料相同，通过机械剥离法可以制备出高质量的多层六方氮化硼薄膜。然而，机械剥离法成本高、效率低、尺寸小、难以批量制备，极大限制其在器件领域的应用。因此，低成本并且环境友好的制备大面积多层氮化硼薄膜是近年来主流研究的一大热点。

化学气相沉积方法是批量制备多层六方氮化硼薄膜的主要方法。目前，通过化学气相沉积方法已经在铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、铜镍合金(Cu-Ni)、铁镍合金(Fe-Ni)和镍铬合金(Ni-Cr)等过渡金属上制备出多层六方氮化硼薄膜。然而，制备出多层六方氮化硼薄膜质量较差，一般原子层厚度在十纳米以下，难以满足其在器件领域应用的需求。同时，制备多层六方氮化硼多采用BH₃NH₃、(HBNH)₃、(HBNCl)₃或(ClBNH)₃作为源物质，该源物质极易形成多聚物沉积在衬底表面，影响六方氮化硼质量，同时该源物质具有一定的毒性，难以实现环境友好、绿色生产。因此，如何环境友好的制备大面积高质量多层氮化硼薄膜仍然是目前科学研究中的一大难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多层六方氮化硼薄膜的制备方法用于解决现有技术中制备六方氮化硼薄膜存在的成本高、效率低、尺寸小及难以批量制备的问题，制备的多层六方氮化硼薄膜质量较差、厚度较小难以满足其在器件领域应用的需求的问题，以及形成六方氮化硼的源物质影响六方氮化硼薄膜的质量，有毒性对环境有污染的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多层六方氮化硼薄膜的制备方法，所述多层六方氮化硼薄膜的制备方法包括如下步骤：

1)提供一衬底，所述衬底包括绝缘衬底或半导体衬底；

2)提供含硼固态催化剂，将所述含硼固态催化剂置于所述衬底上；

3)将所述含硼固态催化剂进行退火处理，以使得所述含硼固态催化剂熔化；

4)向溶化后的所述含硼固态催化剂所在环境内同时通入含氮气体及保护气体，所述含氮气体与所述含硼固态催化剂进行反应以于所述衬底表面形成多层六方氮化硼薄膜。

可选地，步骤1)中提供的所述衬底包括氮化硅衬底、氧化硅衬底、氮化铝衬底、氧化镁衬底或氧化铝衬底。

可选地，步骤2)中提供的所述含硼固态催化剂包括镍硼合金催化剂、铁硼合金催化剂、铂硼合金催化剂、钴硼合金催化剂、铬硼合金催化剂、铁镍硼合金催化剂、铁硼硅合金催化剂及镍硼硅合金催化剂中的至少一种。