[发明专利]制备组分可调的二维h-BNC杂化薄膜的方法

说明书

本发明提供了一种制备组分可调的二维h‑BNC杂化薄膜的方法。该方法包括：准备衬底并将衬底置于离子束溅射沉积系统内；预抽背底真空，然后在氢气气氛中对衬底进行升温并退火；退火结束后关闭氢气使腔室恢复至真空环境，然后向腔室内通入甲烷和氩气；利用离子源产生氩离子束，轰击烧结的氮化硼靶材同时将甲烷裂解，使得硼、氮、碳原子在衬底表面沉积，形成二维h‑BNC杂化薄膜；生长结束后，关闭甲烷气体、加热源使样品随炉降温，最终得到二维h‑BNC杂化薄膜。本发明制备二维h‑BNC杂化薄膜的方法，不仅可以有效避免前驱体不稳定、副产物多等问题，而且可控性好，制备的薄膜均匀性好。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其涉及一种制备组分可调的二维h-BNC杂化薄膜的方法。

背景技术

近年来，二维层状材料由于其原子级的厚度，独特的低维结构，以及诸多优异的物理、化学和电子学性质引发了人们研究的热潮。石墨烯是二维层状材料的典型代表，具有超高的载流子迁移率，高热导率，高化学稳定性以及良好的机械性能等，在电子器件与电路领域展现出潜在的应用前景。然而，由于缺乏带隙，基于石墨烯的场效应晶体管通常无法关断，严重影响了其实际电子学应用。

伴随石墨烯研究的兴起，其它二维层状材料也陆续进入人们的视野，其中，六方氮化硼(h-BN)逐渐成为该领域的又一亮点。h-BN是石墨烯的等电子体，与石墨烯晶格结构相同，晶格常数接近，晶格失配度仅为1.7％。但是由于核外电子分布的不同，两者体现出截然不同的能带结构和电学性质：石墨烯是电导性能优异的零带隙半金属，而h-BN的禁带宽度达5.97eV，具有良好的电绝缘性。结构的相似性和性质的互补性使得两者可以在单原子层内形成横向异质结构或h-BNC三元杂化薄膜。理论研究表明，当两者形成面内结构时石墨烯的电学和输运特性将会受到h-BN的调制，在界面量子限制效应和自旋极化效应的影响下，石墨烯的带隙将被打开。特别对于面内杂化的h-BNC薄膜，通过改变石墨烯和h-BN的比例和分布，还可以实现薄膜从绝缘体到半导体可调的电学性质。实际上，已有实验证明，基于二维h-BNC杂化薄膜的场效应晶体管不仅可以保持石墨烯较高的载流子迁移率而且由于薄膜具有带隙使得器件可以同时保持较大的开关比，有望解决石墨烯电子器件的瓶颈问题。

高质量的h-BNC材料的制备是其性质研究和器件应用的基础与前提。目前，基于化学气相沉积法(CVD)法，原位电子束辐照法等已制备出二维h-BNC杂化薄膜，但仍存在前驱体不稳定、价格昂贵、生长参数相互关联难以控制等问题，另一方面杂化薄膜的质量及均匀性还有待提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种制备组分可调的二维h-BNC杂化薄膜的方法。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种制备二维h-BNC杂化薄膜的方法，其包括：

准备衬底并将所述衬底置于离子束溅射沉积系统内；

预抽所述离子束溅射沉积系统背底真空，然后在氢气气氛中对所述衬底进行升温并退火；

退火结束后关闭氢气使所述离子束溅射沉积系统的腔室恢复至真空环境，然后向腔室内通入甲烷和氩气；

利用离子源产生氩离子束轰击烧结的氮化硼靶材同时将甲烷裂解，使得硼、氮、碳原子在所述衬底表面沉积，生长二维h-BNC杂化薄膜；

所述二维h-BNC杂化薄膜生长结束后，关闭甲烷气体、降温，最终得到二维h-BNC杂化薄膜。

在进一步的实施方案中，所述准备衬底的步骤包括：

将衬底放在稀硝酸中预处理，然后经去离子水冲洗后依次置于丙酮、异丙醇、乙醇中超声清洗，并用氮气吹干待用。