高質(zhì)量氮化硼的制備與性能研究

近年來(lái)石墨烯在場(chǎng)效應(yīng)晶體管方面的研究引起了人們的廣泛關(guān)注，其場(chǎng)效應(yīng)器件主要是以二氧化硅/硅為基底進(jìn)行組裝，該類器件由于二氧化硅表面的雜質(zhì)引起的電荷散射、表面的懸空鍵和電荷陷阱的存在，從而無(wú)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(jié)構(gòu)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(jī)械性能、良好的導(dǎo)熱性能、中等的介電常數(shù)（~4），使其擁有廣泛的應(yīng)用前景；與此同時(shí)其表面的不存在雜質(zhì)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(chǎng)效效應(yīng)器件中的介電層明顯優(yōu)于二氧化硅。  

目前對(duì)于六方氮化硼（h-BN）的制備主要是采用化學(xué)氣相沉積的方法（CVD），存在的主要問(wèn)題是制備過(guò)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(zhì)量，同時(shí)在石墨烯和六方氮化硼（h-BN）界面處存留雜質(zhì)的存在也降低了其作為介電層在石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件中的性能。針對(duì)這些問(wèn)題，化學(xué)所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)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(jìn)一步生長(zhǎng)得到連續(xù)的薄膜，從而降低薄膜的晶界，提高了薄膜的質(zhì)量。由于六方氮化硼（h-BN）較高的穩(wěn)定性和抗氧化性能，對(duì)利用聚甲基丙烯酸甲酯輔助轉(zhuǎn)移到二氧化硅/硅基底上的薄膜，在空氣中熱處理除去轉(zhuǎn)移過(guò)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(chǎng)效應(yīng)器件，遷移率比不經(jīng)過(guò)熱處理的器件提高了6倍。