[發明專利]一種利用離子束濺射沉積獲得單晶氮化硼薄膜的方法

在審

• 申請號: 202010063893.X
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111139526A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 蘭偉;馬凌霄;董晨浩;張興旺
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B23/02;C30B33/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 王歡

本發明涉及二維層狀材料研究領域，具體涉及一種利用離子束濺射沉積獲得單晶氮化硼薄膜的方法器。包括：使用丙酮、乙醇和去離子水依次超聲清洗單晶襯底；將清洗的單晶襯底浸入氫氟酸溶液中處理；將高純Ni靶安置在直流磁控濺射儀的靶位上，在單晶襯底上外延生長Ni(111)取向的薄膜；將鎳/單晶襯底固定在樣品托上，置入離子束濺射沉積設備的生長腔室中，通過氫氣和氬氣處理，進行薄膜生長；將生長的薄膜冷卻，獲得大尺寸單晶氮化硼薄膜。

技術領域

本發明涉及二維層狀材料研究領域，主要應用于絕緣、導熱、深紫外發光、柵介質層、微波屏蔽等領域，具體涉及一種利用離子束濺射沉積獲得單晶氮化硼薄膜的方法。

背景技術

六方氮化硼(h-BN)薄膜作為二維材料領域中的一種重要材料，因其具有極高的面內彈性模量、原子級平滑的表面、寬禁帶(5.9eV)、絕緣性好、高溫穩定性、化學穩定性和導熱性高等特點，有望廣泛地應用到絕緣襯底、深紫外發光、電介質材料、微波屏蔽等領域。現常用化學氣相沉積(CVD)技術制備h-BN二維原子晶體，但由于前驅體多種多樣，生長機制復雜不明，產物中存在大量缺陷，嚴重影響薄膜的性能，并且所使用的有機前驅體價格昂貴且多為劇毒物質，存在副產物多、穩定性差等缺點，不利于實現大規模生產。本發明就h-BN薄膜生長過程復雜、前驅體不穩定且可控性差的缺點做出改善。

發明內容

一種利用離子束濺射沉積獲得單晶氮化硼薄膜的方法，通過本發明可以得到一種高質量、低成本的大尺寸單晶氮化硼薄膜，其尺寸能夠得到明顯改善，

具體方案如下所述：

一種利用離子束濺射沉積獲得單晶氮化硼薄膜的方法,包括：

S1.使用丙酮、乙醇和去離子水依次超聲清洗單晶襯底；

S2.將清洗的單晶襯底浸入氫氟酸溶液中處理；

S3.將高純Ni靶安置在直流磁控濺射儀的靶位上，在單晶襯底上外延生長Ni(111)取向的薄膜；

S4.將鎳/單晶襯底固定在樣品托上，置入離子束濺射沉積設備的生長腔室中，于氫氣氛圍中處理薄膜，于氬氣氛圍中進行薄膜生長；

S5.將生長的薄膜冷卻，獲得大尺寸單晶氮化硼薄膜。

所述S1中，使用丙酮、乙醇和去離子水依次超聲清洗時，每次清洗結束后用去離子水沖洗，最后干燥處理。

所述S2中單晶襯底浸入氫氟酸溶液中20s～30s后，用去離子水沖洗后，最后將單晶襯底干燥處理。

所述S3中，高純Ni靶的純度為99.99％。

所述S4還包括：

S401.將鎳/單晶襯底固定在樣品托上，置入離子束濺射沉積設備的生長腔室中，將腔室真空抽至3.75×10^-3mTor；

S402.向反應腔室中通入氫氣，鎳/單晶襯底升溫后退火；

S403.關閉氫氣閥門，通入氬氣，待氣壓穩定后，開啟爐盤旋轉和主離子源,產生Ar離子；

S404.設定濺射偏壓、加速電壓和陽極電壓，調節陰極燈絲電流，進行薄膜生長。

所述S5中，將生長的薄膜在氬氣中自然冷卻至室溫。

本發明的有益效果為：制備h-BN薄膜簡易可控，可以通過調節沉積條件來有效地控制薄膜生長；制備過程中有效改善了原有技術高成本且劇毒的缺點，更加環保；制備的薄膜尺寸較大，薄膜層數可控，可以實現大面積h-BN薄膜的制備。

附圖說明

圖1是大尺寸h-BN單晶薄膜的制備過程示意圖；