[發明專利]一種基于石墨烯-氮化硼橫向異質結的雙曲超表面及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110469065.0
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113264520B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王學力;陳珂
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;C01B21/064;G02B1/00;G02B5/18;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 蔡艷

1.一種基于石墨烯-氮化硼橫向異質結的雙曲超表面的制備方法，其特征在于，所述基于石墨烯-氮化硼橫向異質結的雙曲超表面，包括襯底，以及覆蓋于襯底上的異質結構層，所述異質結構層由石墨烯和氮化硼兩種材料組成，異質結構層具有若干條帶狀石墨烯層和若干條帶狀氮化硼層間隔排布形成的周期性納米光柵結構；

所述襯底包括基底硅層和覆蓋于基底硅層上表面的氧化硅層；

條帶狀氮化硼層的前后長度為50-100nm，條帶狀氮化硼層的寬度為50-100nm，條帶狀氮化硼層之間的間隙為50-100nm；條帶狀石墨烯層的前后長度為50-100nm，條帶狀石墨烯層的寬度為50-100nm，條帶狀石墨烯層之間的間隙為50-100nm；

所述制備方法包括如下步驟：

1）通過化學氣相沉積法在銅箔基底上生長層狀氮化硼：首先在通入載氣的條件下，于40-50分鐘內將銅箔從室溫加熱到900-1000℃，然后進行10-15分鐘的退火處理；將硼烷氨在65-100℃溫度下加熱1-1.5h分解，得到分解產物，將分解產物在通入載氣的條件下，于900-1000℃生長10-15分鐘，即實現銅箔基底上生長層狀氮化硼；

2）使用電子束光刻系統刻蝕納米光柵：利用聚甲基丙烯酸甲酯在步驟1）得到的層狀氮化硼上刻劃光柵，刻蝕后，浸泡在丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，洗滌，干燥，即得到氮化硼光柵；

3）通過化學氣相沉積法在已刻蝕的氮化硼光柵間隙處生長石墨烯：在100-110℃溫度下升華固體苯甲酸，然后在通入載氣的條件下，將升華后的苯甲酸置于步驟2）中的氮化硼上，將溫度設置為820-850℃生長石墨烯10-15分鐘，得到石墨烯與氮化硼形成平面異質結構，即為石墨烯-氮化硼橫向異質結雙曲超表面；

4）將得到的石墨烯-氮化硼橫向異質結雙曲超表面轉移到氧化硅基底上，即得到成品。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述基底硅的介電常數為12，氧化硅介電常數為1.05。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1）中退火處理條件為在900-1000℃保溫10-15分鐘。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1）中硼烷氨的分解產物生長期間的壓強為1.0-1.2×10^-2Pa。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1）和步驟3）中通入載氣均為20sccm的H₂和50 sccm 的Ar。

6.根據權利要求1-5任一方法制備得到的基于石墨烯-氮化硼橫向異質結的雙曲超表面在制備超表面成像和光能量傳輸器件中的應用。

7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于，所述器件為超透鏡。