[发明专利]一种多层六方氮化硼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层六方氮化硼的制备方法，属于材料领域。

背景技术

六方氮化硼(h-BN)，具有与石墨烯相似原子结构的新型二维材料，拥有原子级光滑表面和较少的表面悬挂键，其晶格系数与石墨烯相近(晶格失配率仅为1.8％)，是一种超薄的绝缘材料(禁带宽度约为5.9eV)。目前实验证明多层六方氮化硼作为石墨烯或者二硫化钼等其他二维半导体材料的衬底时，相较常规的SiO₂/Si衬底可以显著提高石墨烯或其他二维半导体材料的载流子迁移率。

化学气相沉积法是目前认为的最有希望制备大面积、高质量的二维六方氮化硼薄膜的方法，但是受限于制备常用的金属衬底在覆盖满单层六方氮化硼后失去化学催化活性，而难以获得大面积双层六方氮化硼，遑论多层六方氮化硼。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层六方氮化硼的制备方法，本发明制备方法简单易操作。

本发明提供的一种多层六方氮化硼的制备方法，包括如下步骤：将含硼元素的化合物和含氮元素的化合物或含硼元素和氮元素的化合物通过泡沫材料催化进行化学气相沉积反应，沉积在衬底上，即得到多层六方氮化硼。

上述的制备方法中，构成所述泡沫材料的元素选自如下至少一种：铜、镍、铁、铝、钴、铁、铬、镁、锰、钼、钌、钛、铑、钨和钽；当元素选择至少两种时，所述泡沫材料为金属合金或由金属单质组成的混合物，所述元素混合时任意质量比均可；

所述泡沫材料的孔径可为0.01mm～1mm，具体可为0.1mm、0.01mm～0.1mm、 0.1mm～1mm、0.05mm～0.5mm；

所述泡沫材料的每英寸孔数可为10～1000，具体可为100、10～1000、100～1000或 50～500。

上述的制备方法中，所述含硼元素的化合物包括乙硼烷、氯化硼、溴化硼和碘化硼中的至少一种；

所述含氮元素的化合物为氨气；

所述含硼元素和氮元素的化合物包括氨硼烷和/或环硼氮烷；

所述衬底采用的材料为过渡金属；

所述衬底的厚度可为0.1μm～2000μm，具体可为25μm、25μm～2000μm、0.1μm～ 25μm或10μm～1000μm。

上述的制备方法中，所述卤化硼可为氯化硼、氟化硼和溴化硼至少一种；

所述过渡金属可选自铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、铬(Cr)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、钌(Rh)、钽(Ta)、钛(Ti)、铑(Rh)和钨(W)中的至少一种。

上述的制备方法中，所述化学气相沉积反应中，采用的载气为氢气、氩气和氮气中的至少一种；

所述载气的流速可为0.1sccm～3000sccm，具体可为10sccm、0.1sccm～10sccm、 10sccm～3000sccm或1sccm～1000sccm；

上述的制备方法中，在所述载气气流中，所述泡沫材料和所述衬底靠近放置，所述泡沫材料与所述衬底之间的距离为0～10cm。

上述的制备方法中，进行所述化学气相沉积反应时，体系压强可为1Pa～10⁵Pa，具体可为16Pa；

所述化学气相沉积反应的温度可为800℃～1500℃，具体可为1050℃；

所述化学气相沉积反应的时间可为1min～200min，具体可为30min。

上述的制备方法中，所述方法中还包括在进行所述化学气相沉积反应之后降温的步骤；

由所述化学气相沉积反应的温度降温至室温的降温速率为1～200C/min，具体可为 102.5、1～102.5C/min、102.5～200C/min或50～150C/min。

上述的制备方法中，所述方法还包括在所述化学气相沉积反应之前将所述泡沫材料和所述衬底进行退火的步骤；所述退火步骤可以对金属衬底表面形貌进行整理，能相对增大衬底的晶粒尺寸，更有利于六方氮化硼的生长。

上述的制备方法中，所述退火的温度可为800℃～1500℃，具体可为1050℃、800℃～1050℃或1050℃～1500℃；

所述退火的时间可为5min～75min，具体可为30min、5min～30min、30min～75min 或10min～60min；