[发明专利]一种晶圆级、高质量的氮化硼/石墨烯异质结薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种晶圆级、高质量的氮化硼/石墨烯异质结薄膜的制备方法，其特征在于：它的制备方法为：

步骤一：通过表面催化生长方法，采用化学气相沉积技术，在金属表面制备出连续的六方氮化硼薄膜；

步骤二：通过等离子体刻蚀技术，将金属箔片一侧表面处的六方氮化硼薄膜除去；

步骤三：将该金属箔片折叠为袋状进行密封，其中密封袋内表面生长有氮化硼薄膜，而外表面无氮化硼薄膜；

步骤四：将该金属袋置于管式炉中，升高到一定温度并通入高浓度含碳气体，实现碳原子由外表面向内表面的扩散。缓慢降温，碳原子缓慢析出，并在金属与六方氮化硼界面生成石墨烯；

步骤五：将该金属袋剪开并铺展，通过湿法转移、鼓泡转移或者干法转移的方法即可在目标衬底表面得到六方氮化硼/石墨烯垂直异质结薄膜。

2.根据权利要求1所述的金属为具有一定溶碳能力的金属及其合金，包括高溶碳性金属Fe，Co、Ni、Rh、Ru、Ir等、低溶碳性Cu、Pt、Au、Ga、Ge等与上述高溶碳性金属的双元或多元合金以及非金属包括B、Si、P等与上述金属的双元或多元合金。

3.根据权利要求1所述的表面催化生长氮化硼薄膜的条件为：原料为任意含B原子的化合物如：硼粉(B)、硼烷(B_nH_n+4，n为正整数)、有机硼烷BR₃等以及任意含N原子的化合物如氮气(N₂)、氨气(NH₃)、尿素以及同时含有B原子和N原子的化合物如硼吖嗪、硼烷氨络合物、三甲基硼烷氨、B₃N₃Cl₆等前驱体以及上述的混合物前驱体，生长温度为400–1200℃之间。载气为氢气与氩气的混合气，其中氢气体积含量为0–75％。

4.根据权利要求1所述的刻蚀金属一侧表面六方氮化硼薄膜的条件，可为氩气、氧气、氢气等多种气体及其混合气的等离子体气氛，功率为25W–250W之间。刻蚀过程中将金属箔片水平置于水平基底表面，并用聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PDMS)、乙烯-辛烯共聚物(POE)等聚合物将四个边进行封装，避免等离子体刻蚀另一侧的六方氮化硼薄膜。

5.根据权利要求1所述的金属袋，其特征在于：袋子完全密封不漏气。其中袋子内表面生长有氮化硼薄膜，而外表面无氮化硼薄膜；制作时首先将三条开口边折叠2–3次，并施加一定的压力。该金属带应加热至800–1050℃进行退火，退火时间为5–30min，以保证金属袋完全密封。

6.根据权利要求1所述的扩散过程温度为200–850℃，避免在较高的温度条件下发生层间原子掺杂，而导致所生成的异质结结构界面不纯。扩散过程在常压下进行，碳原子浓度为1％–50％，扩散时间为0.5–50h。降温速率为0.1℃/min–100℃/min。

7.根据权利要求1所述的氮化硼/石墨烯垂直异质结薄膜厚度在0.5–50nm之间，本方法能够对其中上层氮化硼的厚度与下层石墨烯的厚度进行独立的调控。

8.根据权利要求1所述的氮化硼/石墨烯垂直异质结结构平面面积一般在0.01–200cm²，并且其面积仅取决于金属袋的尺寸与管式炉的体积，在实际制备过程中，可对生长设备进行相应的改造，从而进一步增加其平面面积。