[发明专利]一种二维AlN材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种二维AlN材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）衬底以及衬底晶向的选取；

（2）对衬底进行表面清洁处理；

（3）将石墨烯层转移至衬底层上实现范德华力结合；

（4）衬底退火处理：将步骤（3）所得衬底放入退火室内，在950~1050 ºC下对衬底进行退火处理，获得原子级平整的衬底表面；

（5）将步骤（4）中所得到的衬底/石墨烯转移至MOCVD生长室内，通入H₂打开石墨烯层并钝化衬底表面，具体工艺为：加热衬底温度为900~1000 ℃，H₂流量保持为80~100 sccm，通入H₂的时间为5~10 min；

（6）采用MOCVD工艺生长二维AlN层，具体工艺为：在衬底温度为900~1000 ℃下，通入TMAl与NH₃在衬底表面作用，使Al&N原子进入石墨烯层与衬底层之间并反应形成AlN，保持TMAl流量为200~300 sccm，NH₃流量为10~30 sccm，通入TMAl、NH₃的时间均为40~60 s，得二维AlN材料。

2.根据权利要求1所述的二维AlN材料的制备方法，其特征在于，所述衬底为Si衬底、蓝宝石衬底或MgAl₂O₄氧化物衬底。

3.根据权利要求1所述的二维AlN材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述晶向的选取，具体为：若衬底为Si衬底时，以(111) 面偏(110) 方向0.2~1 °为外延面，晶体外延取向关系为：AlN 的(0002) 面平行于Si的(111)面。

4.根据权利要求1所述的二维AlN材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述对衬底进行表面清洁处理，具体为：将衬底放入水中室温下超声清洗5~10分钟，去除衬底表面粘污颗粒，再经过乙醇洗涤，去除表面有机物；清洗后的衬底用高纯干燥氮气吹干。

5.根据权利要求1所述的二维AlN材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述石墨烯层转移至衬底层上的工艺，具体为：将石墨烯层释放到水中，利用除泡膜去除石墨烯表面的气泡，将除完气泡的石墨烯膜层转移至目标衬底上。

6.根据权利要求1所述的二维AlN材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述退火处理的时间为0.5~1 h。

7.由权利要求1~6任一项所述的制备方法制得的一种二维AlN材料。

8.根据权利要求7所述的一种二维AlN材料，其特征在于，由下至上依次为衬底层（1）、二维AlN结构层（2）、石墨烯层（3）和AlN层（4）。

9.根据权利要求8所述的一种二维AlN材料，其特征在于:

所述衬底层的厚度为420~550 μm；

所述二维AlN结构层的厚度为2~5 nm；

所述石墨烯层的厚度为2~5 nm；

所述AlN层的厚度为300~400 nm。

10.权利要求7~9任一项所述的二维AlN材料应用于制备HEMT器件、深紫外探测器或深紫外LED中。