[发明专利]一种化学气相沉积制备原子级硼薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种化学气相沉积制备原子级硼薄膜的方法，包括以下步骤：将基底置于真空反应炉中，在还原性气体气氛中，升温至400～1100℃，再通入硼源气体，同时保持还原性气体流量1～200sccm，1～240min后即在基底上获得沉积硼薄膜。本发明采用化学气相沉积法，在金属基底或外延基底上通过加热分解固体硼源或高温裂解硼烷获得硼源气体，或者直接通入气体硼源，沉积得到原子级硼薄膜，从而提供了一种制备大面积硼薄膜的方法。本方法得到的原子级硼薄膜可应用于多个技术领域，包括晶体管器件、传感器和制动器。

技术领域

本发明属于二维薄膜制备领域，特别涉及一种化学气相沉积制备原子级硼薄膜的方法。

背景技术

石墨烯自2004年被发现以来，由于其具有优异的电学、力学、光学和热学性能而备受关注。但是，本征态的石墨烯材料是一带隙为零的半金属，限制了其在开关和逻辑器件方面的应用。目前，其它具有带隙的二维半导体材料如硫化钼、硒化钼、硫化钨、硒化钨等受到了广泛关注。但是化学气相沉积法制备的二元或多元材料的化学计量比难以控制，严重影响了器件性能。基于此，元素半导体材料受到了广泛关注。理论预测表明，半导体性的原子级硼薄膜具有许多优异的光、电、热和化学性能。大量的第一性原理理论探索表明，原子级硼薄膜可以生长在广泛的基底表面，但是目前还未见实验报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单易行、适合于大规模生产原子级硼薄膜的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种化学气相沉积制备原子级硼薄膜的方法，包括以下步骤：将基底置于真空反应炉中，在还原性气体气氛中，升温至400～1100℃，再通入硼源气体，同时保持还原性气体流量1～200sccm，1～240min后即在基底上获得沉积硼薄膜。

所述基底为金属基底或外延基底。

所述金属基底为铜箔、银箔、镍箔、金箔、铂箔、钨箔、钼箔、钛箔或锗、硅基底或者上述金属的薄膜。

所述外延基底为蓝宝石、石英片、云母、石墨烯、氮化硼、硫化钼、硫化钨、碲化铋、硒化铋、硫化铋、碲化锑或硒化锑。

所述还原性气体为氢气或氢气与氩气的混合气体。

所述通入硼源气体是通过加热固体硼源、通入液体硼源并加热或者通入气体硼源获得。

所述的固体硼源为晶体或无定型硼、三氧化硼、硼酸、四硼酸钠、癸硼烷的一种或两种以上混合物。

所述的气体硼源为甲硼烷、乙硼烷或丁硼烷。

所述的液体硼源为已硼烷。

本发明采用化学气相沉积法，在金属基底或外延基底上通过加热分解固体硼源或高温裂解硼烷获得硼源气体，或者直接通入气体硼源，沉积得到原子级硼薄膜，从而提供了一种制备大面积硼薄膜的方法。

真空反应装置也就是化学气相沉积系统包括惰性气体流量计、氢气流量计、石英管、管式炉和真空计，石英管置于管式炉中，石英管的一侧通过惰性气体流量计、氢气流量计分别与惰性气体、氢气气瓶相连，石英管的另一侧依次与真空计、真空泵以及液氮罐相连。采用固体硼源,将固体硼源放入与基底不同的温区，通过加热气化获得硼源气体。

采用液体或气体硼源时，将连接液体或气体硼源的管道直接连入石英管，液体硼源加热后气化为气体，气体硼源可以直接反应。

为了适合大规模生产需要，石英管和管式炉也可以换成一个具有较大空间的气氛炉，其操作步骤与上述管式炉相同。

本方法简单易行，适合大规模生产。

本方法得到的原子级硼薄膜可应用于多个技术领域，包括晶体管器件、传感器和制动器。

附图说明