[发明专利]一种形貌可控的单层六方氮化硼生长方法

说明书

一种形貌可控的单层六方氮化硼生长方法，涉及二维材料合成领域；包括以下步骤：S1，将金属箔作为生长基底置于支撑材料上，然后将载有金属箔的支撑材料放入化学气相沉积装置的反应区中；S2，将含有氮源和硼源的前驱体置于化学气相沉积装置的上游区，所述上游区位于所述反应区之沿载气流动方向的上游方向；S3，通入载气，加热反应区，直至金属箔呈完全熔融状态，然后加热所述上游区，上游区的温度为75～90℃，进行化学气相沉积反应5～40min，冷却，得到六方氮化硼二维材料。采用熔融金属表面作为二维六方氮化硼的生长基底，具有成核均匀，生长快速等优点；通过控制前驱体的加热温度，在熔融铜表面上获得高质量的形状可控的六方氮化硼晶畴。

技术领域

本发明属于二维材料合成领域，具体涉及一种形貌可控的单层六方氮化硼生长方法。

背景技术

六方氮化硼由于与石墨烯具有相似的蜂窝结构，因此也被称为“白色石墨烯”。其由硼原子和氮原子交替通过sp²杂化键合而成。与单层石墨烯的零带隙不同，单层六方氮化硼具有高达5.9eV的宽带隙。由于在六方氮化硼平面中具有强大的sp²结合力，六方氮化硼具有很高的机械强度以及出色的化学性质和热稳定性。所有这些独特的特性使六方氮化硼在许多方面成为有应用潜力的材料，例如作为深紫外线发射器、作为具有类似六方晶体结构的其他二维材料的生长衬底、增强基于石墨烯的场效应晶体管的性能等。最近，许多研究还表明，六方氮化硼中的点缺陷可以作为室温下的单光子发射点，使得六方氮化硼有希望应用于量子技术领域。因此，六方氮化硼的可控制备是二维材料合成领域中的一个重要研究方向。

二维材料的生长方法主要有机械剥离法，液相剥离法，物理气相沉积和化学气相沉积等。其中化学气相沉积(CVD)被认为是最有可能实现批量生产六方氮化硼和其他二维材料的方法，目前已经通过化学气相沉积成功实现中试规模的石墨烯生产。影响六方氮化硼的生长因素包括前驱体种类，生长温度和压力，生长时间，生长基底等，其中生长基底决定了生长方向和形态。研究者们做了许多尝试来获得合适的六方氮化硼生长基底，例如使用多晶金属箔，硅的(111)面，铂箔和铜镍合金等。最近，研究者们在Cu(111)和Cu(110)表面上实现了金属台阶诱导的六方氮化硼无缝拼接以获得大面积的单晶六方氮化硼薄膜。

在固体金属表面的生长过程中，生长基底的获取需要昂贵的蓝宝石衬底或对金属箔进行较长的退火来获得具有特定金属台阶的单晶铜膜，因此显着增加了生产成本。例如，专利申请号为CN201910298770.1，名称为一种制备晶片级均匀六方氮化硼薄膜的方法，该专利采用了单晶铜膜作为衬底，需要30-180min的退火时间。相比于固体金属，熔融金属表面作为二维六方氮化硼的生长基底，其具有成核均匀，生长快速等优点，是六方氮化硼生长的理想基材。然而，目前在液态金属表面生长的六方氮化硼具有形状的不确定性，例如，在液态金上生长的六方氮化硼为均一的圆形，而在液态铜上的六方氮化硼则为圆形或六边形等。六方氮化硼的形貌会影响其本征性质，例如，六方氮化硼晶体的边界具有更高的单光子发射位点密度。因此，有效控制六方氮化硼的生长形貌对其面向规模化的工业应用具有显著意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种形貌可控的单层六方氮化硼生长方法，用以解决目前在二维六方氮化硼的生长中晶体形貌不确定的问题。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

提供一种形貌可控的单层六方氮化硼生长方法，包括以下步骤：

S1，将金属箔作为生长基底置于支撑材料上，然后将载有金属箔的支撑材料放入化学气相沉积装置的反应区中；

S2，将含有氮源和硼源的前驱体置于化学气相沉积装置的上游区，所述上游区位于所述反应区之沿载气流动方向的上游方向；

S3，通入载气，加热反应区，直至金属箔呈完全熔融状态，然后加热所述上游区，上游区的温度为75～90℃，进行化学气相沉积反应5～40min，冷却，得到六方氮化硼二维材料。