介质衬底上h-BN二维原子晶体的直接生长及其器件应用
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61904174
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:23.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0401.半导体材料
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Two-dimensional (2D) hexagonal boron nitride (h-BN) has attracted considerable attention due to its unique structure, novel properties and potential applications. Transition metal substrates are usually used for the growth of 2D h-BN layers and a complex transfer process is often required. Therefore, the direct growth of 2D h-BN on dielectric substrates is extremely important for its practical application. However, due to the lack of catalytic activity of the dielectric substrates, it is difficult to nucleate h-BN on dielectric substrates and its crystalline quality is poor. In the present project, we propose to synthesis 2D h-BN on commonly used c-sapphire and SiO2/Si substrate by ion beam sputtering deposition (IBSD) technique. On the one hand, to promote the nucleation of h-BN, the dielectric substrates are bombarded by the in situ N+ ion beam, which is called as surface nitridation. On the other hand, the h-BN target is sputtered by an N+ ion beam to avoid the deficiency of N atoms, improving the quality of h-BN layer. The goal of the present project is synthesizing high quality and wafer-scale 2D h-BN layer on dielectric substrates, and elucidating the growth mechanism of h-BN on dielectric substrates. Based on the high quality h-BN film, we will fabricate the UV photodetectors and field effect transistor to examine the properties of h-BN. The findings of this project will offer a promising approach toward both the basic research and electronic applications of 2D h-BN.
近年来,六方氮化硼(h-BN)二维原子晶体以其独特的结构、优异的性质备受关注。多数h-BN生长在金属衬底上,表征和应用时通常涉及复杂的转移过程。介质衬底上直接生长h-BN则可以避免低效繁琐的转移过程,然而,由于介质衬底缺乏催化活性,导致在其表面上h-BN成核困难、结晶质量有限。. 本项目中,我们拟采用离子束溅射沉积技术,在蓝宝石和SiO2/Si等常用介质衬底上制备h-BN二维原子晶体。通过荷能离子束对衬底表面进行氮化处理,促进h-BN成核;利用氮离子束溅射沉积h-BN,避免生长过程中氮的缺失,提高h-BN结晶质量。通过该项目的实施,我们期望实现介质衬底上高质量、晶圆尺寸h-BN二维原子晶体的可控生长,探明h-BN在介质衬底上的生长机理,并探索其作为栅介质和深紫外光电材料的应用,验证材料性能。因此,该项目的实施对h-BN二维原子晶体的基础研究和光电子学应用都有着十分重要的意义。
结项摘要
六方氮化硼(h-BN)以其独特的结构、优异的光电性质近年来备受关注。多数h-BN生长在金属衬底上,表征和应用时通常涉及复杂的转移过程。介质衬底上直接生长h-BN则可以避免低效繁琐的转移过程,对于大面积光电子学应用具有重要意义。实现介质衬底上高质量h-BN二维原子晶体的直接生长及器件应用是本项目的重要目标。本项目通过衬底表面原位氮化处理结合氮离子束溅射,在c面蓝宝石衬底上直接生长得到结构有序、具有理想化学计量比的h-BN薄膜;在腔室内引入氨气作为生长源,实现了较低温度下高结晶质量的h-BN薄膜的制备;基于介质衬底上直接生长的h-BN薄膜研制了光导型深紫外探测器,相比于转移法制备的器件,直接生长的h-BN器件表现出更好的光电响应特性,同时通过碳掺杂进一步调控载流子输运,使得器件性能达到国际领先水平。此外,在本项目的基础上开展了部分拓展研究,利用脉冲激光沉积技术,在c面蓝宝石衬底上实现了大面积多层h-BN单晶薄膜的直接生长,以及在超宽禁带氧化镓衬底上生长了h-BN,为h-BN的应用奠定了基础。总之,本项目研究突破了介质衬底上生长高质量、晶圆级h-BN的技术壁垒,不仅对于满足深紫外光电探测、关键性衬底等应用需求具有重要科学意义,也为超宽禁带半导体材料发展与应用提供了一定的支撑。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Band alignment of h-BN/β-Ga2O3 heterostructure grown via ion beam sputtering deposition
通过离子束溅射沉积生长的 h-BN/β-Ga2O3 异质结构的能带对准
- DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154559
- 发表时间:2022
- 期刊:Applied Surface Science
- 影响因子:6.7
- 作者:Jingren Chen;Junhua Meng;Yong Cheng;Yiming Shi;Gaokai Wang;Jidong Huang;Siyu Zhang;Zhigang Yin;Xingwang Zhang
- 通讯作者:Xingwang Zhang
Epitaxy of Hexagonal Boron Nitride Thin Films on Sapphire for Optoelectronics
光电用蓝宝石上六方氮化硼薄膜的外延生长
- DOI:10.1021/acs.cgd.2c00880
- 发表时间:2022-11
- 期刊:Crystal Growth & Design
- 影响因子:--
- 作者:Gaokai Wang;Junhua Meng;Jingren Chen;Yong Cheng;Jidong Huang;Siyu Zhang;Zhigang Yin;Ji Jiang;Jinliang Wu;Xingwang Zhang
- 通讯作者:Xingwang Zhang
Direct growth of hexagonal boron nitride films on dielectric sapphire substrates by pulsed laser deposition for optoelectronic applications
通过脉冲激光沉积在介电蓝宝石基板上直接生长六方氮化硼薄膜,用于光电应用
- DOI:10.1016/j.fmre.2021.09.014
- 发表时间:2021
- 期刊:Fundamental Research
- 影响因子:6.2
- 作者:Gaokai Wang;Jingren Chen;Junhua Meng;Zhigang Yin;Ji Jiang;Yan Tian;Jingzhen Li;Jinliang Wu;Peng Jin;Xingwang Zhang
- 通讯作者:Xingwang Zhang
Growth and characteristics of β-Ga2O3 thin films on sapphire (0001) by low pressure chemical vapour deposition
蓝宝石(0001)上低压化学气相沉积β-Ga2O3薄膜的生长及特性
- DOI:10.1016/j.vacuum.2021.110253
- 发表时间:2021-04
- 期刊:Vacuum
- 影响因子:4
- 作者:Yujia Jiao;Qian Jiang;Junhua Meng;Jinliang Zhao;Zhigang Yin;Hongli Gao;Jing Zhang;Jinxiang Deng;Xingwang Zhang
- 通讯作者:Xingwang Zhang
Catalyst-free growth of two-dimensional hexagonal boron nitride few-layers on sapphire for deep ultraviolet photodetectors
用于深紫外光电探测器的蓝宝石上二维六方氮化硼几层的无催化剂生长
- DOI:10.1039/c9tc05206b
- 发表时间:2019-12-21
- 期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
- 影响因子:6.4
- 作者:Gao, Menglei;Meng, Junhua;Zhang, Xingwang
- 通讯作者:Zhang, Xingwang
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- 发表时间:2019
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