高質量氮化硼的制備與性能研究

近年來石墨烯在場效應晶體管方面的研究引起了人們的廣泛關注，其場效應器件主要是以二氧化硅/硅為基底進行組裝，該類器件由于二氧化硅表面的雜質引起的電荷散射、表面的懸空鍵和電荷陷阱的存在，從而無法充分展示石墨烯本身的優(yōu)良性能。而六方氮化硼是寬帶隙（5.9 eV）類石墨烯的2D層狀結構的材料，其本身諸多優(yōu)良性能，例如：高溫穩(wěn)定性、較好的機械性能、良好的導熱性能、中等的介電常數(shù)（~4），使其擁有廣泛的應用前景；與此同時其表面的不存在雜質電荷、懸空鍵和電荷陷阱及與石墨烯超高的晶格匹配度（大于98%），這些性能決定了其作為場效效應器件中的介電層明顯優(yōu)于二氧化硅。  

目前對于六方氮化硼（h-BN）的制備主要是采用化學氣相沉積的方法（CVD），存在的主要問題是制備過程中單片六方氮化硼（h-BN）的尺寸較小，從而增加了薄膜的晶界，降低了薄膜的質量，同時在石墨烯和六方氮化硼（h-BN）界面處存留雜質的存在也降低了其作為介電層在石墨烯場效應器件中的性能。針對這些問題，化學所有機固體重點實驗室相關研究人員與哈工大胡平安教授合作，采用CVD的方法制備得到了20μm大小的單片三角形的六方氮化硼（h-BN），進一步生長得到連續(xù)的薄膜，從而降低薄膜的晶界，提高了薄膜的質量。由于六方氮化硼（h-BN）較高的穩(wěn)定性和抗氧化性能，對利用聚甲基丙烯酸甲酯輔助轉移到二氧化硅/硅基底上的薄膜，在空氣中熱處理除去轉移過程中的殘留物，得到了表面干凈的六方氮化硼（h-BN）薄膜。由其組裝成石墨烯的場效應器件，遷移率比不經(jīng)過熱處理的器件提高了6倍。