白石墨烯问鼎Science,晶圆级单晶hBN问世!
南方 纳米人 2018-11-16

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第一作者:Joo Song Lee

通讯作者:Young Hee Lee, Ki Kang Kim, Soo MinKim

第一单位:韩国科学技术研究院

 

研究亮点:

1. 发展了一种制备晶圆级单晶hNB单层薄膜的新策略。

2. 拓展了基于单晶hNB的异质结和其他单晶二维材料的制备以及应用。

 

研究背景

hNB,六方氮化硼,又称白石墨烯,是由N和B原子形成的原子级超薄二维材料。和石墨烯优异的导电性能不一样的是,hNB具有优异的绝缘性能,因此在诸多研究领域表现出色。

 

工欲善其事,必先利其器。高品质hNB的合成,是进行更深入的研究,尽快实现实际应用的根本。虽然微米尺寸的多晶hBN 已经实现,但是大量的晶界导致电荷散射,位点捕获,从而阻碍器件性能。

 

成果介绍

有鉴于此,韩国Soo Min Kim以及 Young Hee Lee4, Ki Kang Kim等人合作,报道了一种制备晶圆级单晶hNB单层薄膜的新策略。

 

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 图1. 制备策略

 

方法

1. 1100℃使金液化,然后固定于固态的W箔上。平面液态Au具有高表面张力,可以实现对硼吖嗪前驱体的强吸附。

2. N和B原子在液态金中的溶解度有限,分别为0%和0.5%。从而促进了高温条件下液体表面吸附原子的高扩散率,形成圆形的hNB晶粒。

3.由于晶粒之间的静电相互作用力,圆形的hNB晶粒发生旋转,导致B和N边界发生自准直行为,促使圆形晶粒进一步演变成密堆积的单一晶粒,最终形成晶圆级单晶hNB单层膜。

 

拓展

基于这种优质的hNB单层膜,研究人员进一步制备了hNB/石墨烯异质结和单晶WS2单层薄膜,并考察了hNB在铜抗氧化和水蒸发领域的应用。

 

小结

总之,这项研究为制备高品质hNB带来了全新的突破,为hNB等新型二维材料的深入研究和实际应用起到了重要的推动作用!

 

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图2. 晶圆级单晶hNB单层薄膜的原子结构


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图3. 晶圆级单晶 hNB/石墨烯异质结和单晶WS2薄膜


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图4. 单晶hNB薄膜保护层用于铜抗氧化和水蒸发

 


参考文献:

Joo Song Lee, Young Hee Lee, Ki Kang Kim,Soo Min Kim et al. Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film viaself-collimated grain formation[J]. Science 2018, 362, 817-821.

http://science.sciencemag.org/content/362/6416/817

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