[发明专利]一种六方氮化硼薄膜的制备方法及六方氮化硼薄膜

说明书

本发明公开了一种六方氮化硼薄膜的制备方法及六方氮化硼薄膜，该方法包括：步骤1：对金属箔衬底进行预处理；步骤2：将多片预处理后的金属箔衬底与基片形成限域生长结构；步骤3：将步骤2得到的限域生长结构置于气相沉积腔室中，同时将六方氮化硼前驱体置于该气相沉积腔室中；步骤4：向气相沉积腔室通入载气，在金属箔衬底上高温沉积单层六方氮化硼薄膜。本发明提供的制备方法利用多片金属箔衬底和基片形成限域生长结构，能够实现一次性大规模批量制备多片单层六方氮化硼薄膜，产率较高，易于应用到需求量较大实际工业生产当中。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种六方氮化硼薄膜的制备方法及六方氮化硼薄膜。

背景技术

自石墨烯发现以来，诸如六方氮化硼、过渡金属二硫族化合物及黑磷等新型二维材料因优异的力学、电学、光学及化学性质而受到了广泛研究。其中，六方氮化硼作为唯一的绝缘体，在二维材料的基础性质研究及器件应用领域具有巨大的发展前景。

二维六方氮化硼是由硼原子和氮原子交替排列组成的平面六角环连接成二维晶体，其具有优异的绝缘特性(E_g～5.9eV)，兼具良好的热稳定性及化学稳定性。最为重要的是，六方氮化硼的表面达到原子级平整度，且存在极少的悬挂键和电荷陷阱，是二维材料理想的衬底及栅介质材料之一，广泛应用于二维材料电学、光学器件的研究。

目前，制备六方氮化硼薄膜的方法主要有传统的机械剥离法和近年来新兴的化学气相沉积法。

然而，上述两种方法的产率均较低且可控性差，不能批量制备六方氮化硼薄膜，只适用于实验研究，难以推广到需求量较大的应用领域，且易造成资源浪费。此外，采用化学气相沉积法制备六方氮化硼薄膜时，由于金属箔衬底表面的成核密度通常较高，会导致薄膜中形成较多的晶界，影响晶体质量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种六方氮化硼薄膜的制备方法及六方氮化硼薄膜。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种六方氮化硼薄膜的制备方法，包括：

步骤1：对金属箔衬底进行预处理；

步骤2：将多片预处理后的金属箔衬底与基片形成限域生长结构；

步骤3：将步骤2得到的限域生长结构置于气相沉积腔室中，同时将六方氮化硼前驱体置于该气相沉积腔室中；

步骤4：向所述气相沉积腔室通入载气，在所述金属箔衬底上高温沉积单层六方氮化硼薄膜。

在本发明的一个实施例中，步骤1包括：

选取过渡金属材料作为金属箔衬底；

对所述金属箔衬底进行清洗；

对清洗过后的金属箔衬底进行抛光处理；

对抛光后的金属箔衬底进行退火处理，以完成金属箔衬底的预处理。

在本发明的一个实施例中，对所述金属箔衬底进行清洗，包括：

将所述金属箔衬底依次在丙酮、异丙醇、乙醇和去离子水中超声清洗，然后用氮气吹干。

在本发明的一个实施例中，对清洗过后的金属箔衬底进行抛光处理，包括：

将所述金属箔衬底清洗吹干后浸入电解池，利用抛光液进行电化学抛光处理。

在本发明的一个实施例中，所述抛光液的成分包括去离子水、磷酸、乙醇、异丙醇及尿素。

在本发明的一个实施例中，所述电化学抛光处理过程的温度为40～50℃，电压为5～10V，电流为3～5A，时间为30s～5min。

在本发明的一个实施例中，步骤2包括：