[发明专利]一种利用离子束溅射沉积获得单晶氮化硼薄膜的方法

说明书

本发明涉及二维层状材料研究领域，具体涉及一种利用离子束溅射沉积获得单晶氮化硼薄膜的方法器。包括：使用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗单晶衬底；将清洗的单晶衬底浸入氢氟酸溶液中处理；将高纯Ni靶安置在直流磁控溅射仪的靶位上，在单晶衬底上外延生长Ni(111)取向的薄膜；将镍/单晶衬底固定在样品托上，置入离子束溅射沉积设备的生长腔室中，通过氢气和氩气处理，进行薄膜生长；将生长的薄膜冷却，获得大尺寸单晶氮化硼薄膜。

技术领域

本发明涉及二维层状材料研究领域，主要应用于绝缘、导热、深紫外发光、栅介质层、微波屏蔽等领域，具体涉及一种利用离子束溅射沉积获得单晶氮化硼薄膜的方法。

背景技术

六方氮化硼(h-BN)薄膜作为二维材料领域中的一种重要材料，因其具有极高的面内弹性模量、原子级平滑的表面、宽禁带(5.9eV)、绝缘性好、高温稳定性、化学稳定性和导热性高等特点，有望广泛地应用到绝缘衬底、深紫外发光、电介质材料、微波屏蔽等领域。现常用化学气相沉积(CVD)技术制备h-BN二维原子晶体，但由于前驱体多种多样，生长机制复杂不明，产物中存在大量缺陷，严重影响薄膜的性能，并且所使用的有机前驱体价格昂贵且多为剧毒物质，存在副产物多、稳定性差等缺点，不利于实现大规模生产。本发明就h-BN薄膜生长过程复杂、前驱体不稳定且可控性差的缺点做出改善。

发明内容

一种利用离子束溅射沉积获得单晶氮化硼薄膜的方法，通过本发明可以得到一种高质量、低成本的大尺寸单晶氮化硼薄膜，其尺寸能够得到明显改善，

具体方案如下所述：

一种利用离子束溅射沉积获得单晶氮化硼薄膜的方法,包括：

S1.使用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗单晶衬底；

S2.将清洗的单晶衬底浸入氢氟酸溶液中处理；

S3.将高纯Ni靶安置在直流磁控溅射仪的靶位上，在单晶衬底上外延生长Ni(111)取向的薄膜；

S4.将镍/单晶衬底固定在样品托上，置入离子束溅射沉积设备的生长腔室中，于氢气氛围中处理薄膜，于氩气氛围中进行薄膜生长；

S5.将生长的薄膜冷却，获得大尺寸单晶氮化硼薄膜。

所述S1中，使用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗时，每次清洗结束后用去离子水冲洗，最后干燥处理。

所述S2中单晶衬底浸入氢氟酸溶液中20s～30s后，用去离子水冲洗后，最后将单晶衬底干燥处理。

所述S3中，高纯Ni靶的纯度为99.99％。

所述S4还包括：

S401.将镍/单晶衬底固定在样品托上，置入离子束溅射沉积设备的生长腔室中，将腔室真空抽至3.75×10^-3mTor；

S402.向反应腔室中通入氢气，镍/单晶衬底升温后退火；

S403.关闭氢气阀门，通入氩气，待气压稳定后，开启炉盘旋转和主离子源,产生Ar离子；

S404.设定溅射偏压、加速电压和阳极电压，调节阴极灯丝电流，进行薄膜生长。

所述S5中，将生长的薄膜在氩气中自然冷却至室温。

本发明的有益效果为：制备h-BN薄膜简易可控，可以通过调节沉积条件来有效地控制薄膜生长；制备过程中有效改善了原有技术高成本且剧毒的缺点，更加环保；制备的薄膜尺寸较大，薄膜层数可控，可以实现大面积h-BN薄膜的制备。

附图说明

图1是大尺寸h-BN单晶薄膜的制备过程示意图；