原子级厚度氮化硼大面积、高质量的生长与调控

Two-dimensional boron nitride, as a graphene analogue, has attracted increasing interest because of its unique structure, many fascinating properties and a wide range of technological application, especially in optical-electrical devices. Large-scale and high-quality BN is the base of the application in devices. We select the large-scale and high-quality BN as the research goal and utilize chemical vapour deposition and the catalyse of metals to synthesize BN. With the strategy of reducing the nucleation density of BN, the treatment of substrate by electro-polish and oxidation, the etching of BN by H2 are used to achieve the growth of large-scale and high-quality BN. The main contents will conclude the following parts: to study the effect of the growth condition of CVD on the microstructure and the thickness of BN; to study the nucleation and growth mechanism of the large area and high crystalline BN with atomic scale thickness. Large-scale and high-quality of the white graphene will be achieved. These works will build a solid base for the optoelectronics and applications of two-dimensional semiconductors.

原子级厚度的氮化硼白石墨烯是与石墨烯具有类似结构的二维晶体材料，具有优异的物理和化学性能，在微纳光电子器件领域具有巨大的应用潜力。如何实现白石墨烯的大面积、高结晶质量的可控生长是其在器件应用的关键基础问题。本项目以白石墨烯为研究对象，以大面积、高质量白石墨烯的可控制备为研究目标，基于减少BN的形核位点，降低BN的形核密度的策略，在化学气相沉积法生长中辅以衬底表面电化学抛光处理，氧化预处理及氢气刻蚀等手段实现大面积、高质量、单晶畴的白石墨烯生长。研究化学气相沉积工艺条件和金属衬底的表面结构状态与白石墨烯的微观结构、层数之间的相关性，揭示化学气相沉积过程中白石墨烯的形核生长机制以及金属衬底对白石墨烯的催化生长机制，实现大面积单晶畴的白石墨烯的可控生长。本项目可望获得大面积、高质量、层数可控的白石墨烯，为制备基于白石墨烯的微纳光电子器件提供理论依据和应用研究基础。

本项目（原子级厚度氮化硼大面积、高质量的生长与调控，2016-2018，5150020091），旨在发展大面积、高质量的白石墨烯的生长制备。本项目执行期间完成了计划研究内容，在白石墨烯生长工艺条件、形核生长动力学、缺陷调控及光电器件应用等方面取得了研究进展：（1）系统的研究了氮化硼白石墨烯的生长工艺条件，实现了氮化硼薄膜的可控生长；（2）通过常压化学气相沉积获得了单晶颗粒30微米，连续膜为厘米级的氮化硼白石墨烯薄膜；（3）通过分析氮化硼的生长工艺条件，提出了吸附-扩散-形核的生长机制；（4）针对于白石墨烯的光电器件，我们制备了石墨烯-氮化硼-石墨烯异质结光电器件，研究了其介电和光电特性，制备了ZnO/BN/GaN LED器件实现了BN白石墨烯对异质结LED载流子的调控。共发表SCI论文11篇，申请专利2项，培养研究生3人。