[发明专利]六方氮化硼表面扭转双层石墨烯及其制备方法

说明书

本发明提供一种六方氮化硼表面扭转双层石墨烯及其制备方法，通过先对六方氮化硼衬底退火处理进行清洁，然后在六方氮化硼衬底表面涂覆辅助材料同时对该辅助材料进行加热及减量处理，使保留在六方氮化硼衬底上的辅助材料含量保持在合适的厚度范围内，通过选择合适的辅助材料种类以及合适的保留厚度，以辅助后续石墨烯的形核成长，然后再结合特定的催化气体材料实现在六方氮化硼衬底表面直接制备形成具有多转角的双层石墨烯。解决了六方氮化硼衬底表面石墨烯形核困难以及难以直接制备多转角的双层石墨烯的问题，为基于石墨烯的转角电子学研究提供基础。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，特别是涉及一种六方氮化硼表面扭转双层石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子通过sp²轨道杂化构成的具有六角蜂窝状晶格结构的二维材料，由于其优良的物理与化学特性，如超高的机械强度与高载流子迁移率等，一直受到广泛关注。然而，衬底材料对石墨烯电学性能的影响不容小觑。目前，常用的石墨烯衬底材料有Co，Ni，Ru和Pt以及半导体SiO₂和SiC。实验表明，这些衬底材料表面的石墨烯非常不均匀，并且会产生很多褶皱，从而限制了石墨烯的本征性能。六方氮化硼(h-BN)是属于六方晶系的二维层状材料，具有与石墨烯类似的晶格结构，且晶格失配率仅为1.8％左右，有“白石墨”之称。h-BN中的B原子和N原子在二维平面内沿着六角晶格交替排列，展现出蜂窝状结构。h-BN具有约为5.9eV的禁带宽度，属于宽禁带半导体或绝缘材料。h-BN具有原子级平整的表面，并且没有任何电荷陷阱和悬挂键。使用h-BN作为衬底材料可以改善石墨烯器件在更高温度和更高电场下的性能。

由于h-BN具有原子级平坦的表面以及极少的表面悬挂键，使得石墨烯在h-BN表面难以直接形核生长，h-BN材料的无催化特性也难以在其表面生长得到大尺寸的石墨烯。同时，在新领域的探索方面，随着扭转双层石墨烯超导现象的发现，扭转双层石墨烯的研究受到越来越多的关注。然而研究报道的扭转双层石墨烯多是通过微机械剥离法制备，通过该方法制备具有扭转的双层石墨烯不仅效率低下，对实验人员的操作技巧也带来了巨大挑战。扭转双层石墨烯在制备上的困难极大地影响了相关研究领域深入探索，因此如何在h-BN表面直接制备扭转双层石墨烯成为现有关注的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种六方氮化硼表面扭转双层石墨烯及其制备方法，用于解决现有技术中六方氮化硼衬底表面石墨烯尺寸小、形核稀疏、难以直接制备扭转双层石墨烯等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种六方氮化硼表面扭转双层石墨烯的制备方法，所述制备方法包括：

提供一六方氮化硼衬底，并将所述六方氮化硼衬底置于化学气相生长腔室中；

向所述化学气相生长腔室中通入第一处理气体，所述第一处理气体为氧气或含氧混合气体，对所述六方氮化硼衬底进行退火处理；

从所述化学气相生长腔室中取出经退火处理的所述六方氮化硼衬底，于其表面涂覆辅助材料并加热至第一预设温度烘烤第一预设时长，所述辅助材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及甲基丙烯酸甲酯(MMA)中的一种或两种的混合物；

将涂覆有所述辅助材料的所述六方氮化硼衬底置于所述化学气相生长腔室中，向所述化学气相生长腔室中通入第二处理气体，并于第二预设温度下处理第二预设时长，所述第二处理气体为氢气或含氢气的混合气体；

于所述第二预设温度下，向所述化学气相生长腔室中通入反应气体及催化气体，并生长第三预设时间，以于所述六方氮化硼衬底上形成具有多转角的双层石墨烯，所述反应气体包括碳源气体，所述催化气体为乙硅烷。

可选地，所述六方氮化硼衬底为六角氮化硼块体单晶或机械剥离解理得到的六角氮化硼薄膜或化学气相沉积法获得的六角氮化硼薄膜。

可选地，所述反应气体包括甲烷、乙炔及乙烯中的一种或两种以上的混合气体。