六方氮化硼薄膜的制備及性能研究.pdf

1、六方氮化硼（h-BN）具有高的絕緣性、導(dǎo)熱性與化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，可用作石墨烯的基底材料從而提高石墨烯的電子遷移率，推動高性能石墨烯晶體器件的設(shè)計與制造，從而成為近年來寬禁帶半導(dǎo)體材料研究的熱點課題。目前合成的h-BN原子層薄膜存在層數(shù)不可控、結(jié)晶質(zhì)量差等諸多問題，限制其進(jìn)一步的應(yīng)用。本論文采用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）法以硼烷氨（NH3-BH3）作為前驅(qū)物在銅箔上沉積出厚度可控的h-BN原子層薄膜。用光學(xué)顯微鏡、傅里葉變換紅外吸收光

2、譜儀（FTIR）、拉曼光譜儀（Raman）、原子力顯微鏡（AFM）、紫外可見吸收光譜儀（UV-vis）和水接觸角（WCA）對沉積的h-BN原子層薄膜進(jìn)行表征，根據(jù)表征結(jié)果系統(tǒng)研究了氣體流量、退火處理、前驅(qū)物加熱溫度、生長溫度和沉積時間等因素對h-BN薄膜表面形貌、禁帶寬度、生長速率、原子層數(shù)和結(jié)晶度等方面的影響。主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　?。?）用LPCVD在Cu基底上沉積h-BN原子層薄膜，獲得原子層數(shù)可控的h-BN。通過對

3、氣體流量、退火處理、前驅(qū)物加熱溫度、生長溫度和沉積時間等因素對h-BN原子層薄膜生長的影響規(guī)律進(jìn)行研究和分析，討論了各影響因素對h-BN原子層薄膜的形態(tài)、禁帶寬度、生長速率和原子層數(shù)的影響機(jī)理。H2流量、生長時間對原子層薄膜的厚度、結(jié)晶質(zhì)量、形態(tài)影響較大；H2流量、前驅(qū)物加熱溫度、生長溫度以及氣相壓力共同影響薄膜的生長速率。
　　（2）用光學(xué)顯微鏡、FTIR、Raman、AFM和UV-vis對h-BN原子層薄膜進(jìn)行表征。銅箔氧化處

4、理后借助光學(xué)顯微鏡可以清晰地觀察到表面生長的h-BN單晶的三角形結(jié)晶形貌；FTIR、Raman表征分別得到h-BN原子層薄膜的紅外吸收峰位于1373.5 cm-1，拉曼峰位于1371 cm-1；AFM表征得到h-BN薄膜單原子層厚度為0.5 nm；通過UV-vis吸收譜，計算得到單層h-BN薄膜的禁帶寬度6.1 eV。
　?。?）h-BN生長機(jī)理可總結(jié)為如下過程：前驅(qū)物 NH3-BH3受熱升華分解為H2、單體胺基硼烷（BH2-NH

5、2）和環(huán)硼氮烷（（HBNH）3），這些分解產(chǎn)物隨載氣進(jìn)入LPCVD系統(tǒng)并吸附到銅催化劑表面，隨后BH2-NH2和（HBNH）3發(fā)生一系列的聚合及交聯(lián)反應(yīng)后，經(jīng)聚合物析氫和硼、氮原子在Cu基底表面的擴(kuò)散與調(diào)整生成h-BN薄膜。
　　（4）h-BN薄膜的表面能研究表明，由于吸附空氣中碳?xì)浠衔锏淖饔?，氮化硼的水接觸角隨著氮化硼暴露于空氣中的時間延長而增大，水的接觸角大于93.6°，表明h-BN薄膜表面具有較低的表面能，可以作為疏水材料