[发明专利]制备氮化硼纳米管的方法、纳米材料、半导体器件及装置

说明书

本发明公开了制备氮化硼纳米管的方法、纳米材料、半导体器件及装置，方法包括：原位硼源实现：经过清洗并抛光的金属基底，在金属基底表面形成原位硼源，金属基底选自熔点温度高于氮化硼纳米管生长温度的，原位硼源为采用渗硼处理得到；纳米管生长：准备催化剂溶液并部分或者全部地涂覆于生长基底以形成生长区域，而后在保护气氛围下以2~30℃/min的升温速率，升至1200~1350℃后，通入氨气保温30~180min，随炉冷却至室温即可。本发明制备效率高，工艺条件和产品可控性好，具有良好的生长控制性。

技术领域

本发明是关于纳米材料技术，特别是关于一种制备氮化硼纳米管的方法、纳米材料、半导体器件及装置，是关于一种基于渗硼金属基底制备氮化硼纳米管的方法、纳米材料、半导体器件及装置。

背景技术

六方氮化硼(h-BN)是由B原子和N原子以共价键交替组成的材料，B和N均采用sp2杂化，结构类似于石墨烯的二维层状结构。由于B和N电负性差异，B和N之间具有较大的极性。氮化硼纳米管（BNNTs）是由单层或多层的h-BN卷曲成类似于碳纳米管（CNT）的一维中空结构。相比于CNT，BNNTs具有较大的禁带宽度（~5.5 eV）且与手性无关的绝缘的电学性质、高温稳定性、良好的热导率、良好的机械强度。基于这些优异的性能，BNNTs材料在热界面材料、高强度复合材料、航空航天、高强度复合材料、耐热涂层等领域有广泛应用前景。

尽管BNNTs有诸多优异的性质，但是要应用到实际产品中，还要解决从纳米尺寸到宏观组装体等一系列工程问题。然而由于BNNTs由双元素组成，其制备困难、价格昂贵，严重限制其应用领域的研究。目前，基于气相反应的浮动催化法有望实现BNNTs的批量制备，包括热等离子体法、化学气相沉积法（CVD）等。气相合成方法使催化剂、硼源和氮源以及产物BNNTs弥散在整个合成装置内部。不仅导致硼源、催化剂的浪费，且难以高效获得BNNTs宏观组装体用以实际应用。且气态硼源（B₂H₆、BCl₃和B₃N₃H₆等）有毒性且易爆炸，在实际操作中十分危险，难以被广泛的使用去制备BNNTs。相关专利CN113213438A以无机纳米粒子作为催化剂前驱体，通过化学气相沉积法制备BNNTs，气相反应导致硼源、催化剂、BNNTs在整个装置内扩散，导致大量硼源、催化剂的耗费，而且无法高效收集BNNTs，导致较低制备效率。CN113788464A利用化学气相沉积的方法生长BNNTs，同样是用气相硼源作为供给生长BNNTs，无法实现硼源的高效利用和BNNTs的高效可控生长。如CN113336202A将九水硝酸铁和氧化镁的混合物配成催化剂涂在基底上，以硼和氧化硼的混合物为生长提供硼源。虽然该方法实现在基底上收集到BNNTs，但仍无法避免BNNTs在气流中的扩散和硼源的使用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于渗硼金属基底制备氮化硼纳米管的方法、纳米材料、半导体器件及装置，其生产制备效率高，安全性好，对产品形态和工艺的可控性好，具有良好的应用适应性，由宏观层面通过简单的工艺控制即可以满足定制化的设计需求，并且具有良好的成本优势。