[发明专利]一种制备晶片级均匀六方氮化硼薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种制备晶片级均匀六方氮化硼薄膜的方法。该方法采用化学气相沉积法，利用大单晶铜基底预先进行电化学抛光，而后放入高温管式炉进行生长六方氮化硼，即可得到晶片级六方氮化硼薄膜。在不同的晶面上氮化硼会形成三角、六方等多种晶型，在同一晶面上六方氮化硼会实现单晶晶型的无缝拼接，最终形成均匀连续晶片级六方氮化硼薄膜，六方氮化硼作为优异的介电材料在光电材料、微电子器件等方面都有极高的潜在应用价值，本发明为六方氮化硼材料的产业化应用提供了进一步可能。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种制备晶片级均匀六方氮化硼薄膜的方法。

背景技术

自2004年石墨烯被发现以来，二维材料领域的相关研究蓬勃发展。六方氮化硼是由氮原子和硼原子sp²杂化形成，结构是与石墨烯类似的六角蜂窝状平面，因此也被称为白石墨稀，带隙约为6eV，与石墨烯晶格失配仅1.7％，但与石墨烯不同的是，氮化硼是一种优良的绝缘体。六方氮化硼具有电学和热稳定性好、表面平整度高、宽带隙等优点，因此可作为理想的绝缘衬底应用于电子学、光电子学和光伏等领域。文献表明六方氮化硼可作为优质的石墨烯介电基底，应用在石墨烯器件中能极大的提高石墨烯电学性能，石墨烯薄膜置于六方氮化硼薄膜上所测得电荷迁移率远远高于硅基底之上。因此控制合成大面积、高质量、均匀六方氮化硼薄膜对于二维材料的基础研究以及商业应用都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备晶片级均匀六方氮化硼薄膜的方法。

本发明提供的制备连续晶片级均匀六方氮化硼薄膜的方法，包括：对单晶金属面进行电化学抛光，再利用化学气相沉积法进行氮化硼的生长，即得。

上述方法中，所述单晶金属为单晶铜；

所述单晶金属生长所述连续晶片级均匀六方氮化硼薄膜的晶面为(111)面或(110)面。

所述单晶金属的厚度为50μm-100μm，优选100μm。

所述电化学抛光步骤中，所用抛光液由水、磷酸、乙醇、异丙醇和尿素组成；

所述水、磷酸、乙醇、异丙醇和尿素的用量比具体为250mL：125mL：125mL：25mL：4g；常用抛光液体积具体可为525ml。

电压为3V-5V；具体为3.5V。

电流为2A-4A；具体为2.4A。

抛光时间为2min-5min；具体为3min。

所述电化学抛光的目的是除去表面污染物和附着物；

所述生长步骤中，温度为950-1050℃；

升温速率为30-35min加热到1000-1050℃；具体可为30min升温至1000℃；

时间为1min-60min；具体为30-60min；更具体为20-30min；

所用惰性气体和氢气的流量比为0-500：50-300；具体为200：100；

所述惰性气体具体为氩气；

所述惰性气体的流量为0-500sccm；具体为100-400sccm；更具体为200sccm；所述惰性气体具体为氩气；

所述氢气的流量为50-300sccm；具体为10-100sccm；更具体为10-25sccm，如20sccm。

所述生长步骤中，所用硼氮源为固态硼烷氨络合物；具体为氨硼烷，即NH₃·BH₃。所述硼氮源的用量与所述连续晶片级均匀六方氮化硼薄膜的面积比为5mg：4*10cm²。