六方BN单晶材料的HVPE生长研究

基本信息
批准号:61306001
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:黄俊
学科分类:
依托单位:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:弓晓晶,樊英民,黄凯,吴东昌,刘宗亮,张竞存,朱国青
关键词:
氮化硼生长单晶氢化物气相外延
结项摘要

Hexagonal boron nitride (h-BN) is a important substrate material for the fabrication of graphene-based electronic devices and basic material for the fabrication of deep ultraviolet optoelectronic devices. However, the fabrication of high-quality large-size h-BN crystal is still very difficult due to the high melting temperature (about 2800 ℃) and decompression pressure of h-BN. The proposed project will use hydride vapor phase epitaxy(HVPE)to grow single crystal h-BN by a special processing technologies, which can provide high growth rate and be suitable for large-size single crystal growth. Basing on the above ideas and using the association of experimental result and theoretical simulation, we will study the growth kinetics of h-BN thick films and establish of growth kinetics model for HVPE growth of h-BN. In addition, the project will also carry out an in-depth study of defects control technology in h-BN, explore an effective way to reduce the defect density, master key technology for the growth of hexagonal h-BN single crystal materials, to obtain a high quality and large-size h-BN single crystal thick-film materials for giving a great support for the development of new generation of graphene-based electronic devices and h-BN based deep ultraviolet optoelectronic devices of our country.

六方氮化硼(h-BN)单晶是制备高性能石墨烯基电子器件的重要衬底材料,也是制备深紫外发光器件的基础材料。由于h-BN晶体有极高的熔点温度(约2800 ℃)和分解压,大尺寸高质量的h-BN晶体的获得至今仍是个难题。本项目拟利用氢化物气相外延(HVPE)法具备的高生长速率和适合大尺寸氮化物单晶生长的优势,采用特殊工艺技术生长h-BN单晶材料。我们将围绕上述思路,理论模拟与实验相结合,研究h-BN厚膜制备过程中的生长动力学过程,建立h-BN的HVPE生长动力学模型;深入研究h-BN中的缺陷控制技术,探究降低缺陷密度的有效途径;掌握h-BN单晶材料生长的关键技术,获得较高质量和较大尺寸的h-BN单晶厚膜材料,为我国发展新一代石墨烯基电子器件、h-BN基深紫外光电器件奠定基础。

项目摘要

六方氮化硼(h-BN)单晶是制备高性能石墨烯基电子器件的重要衬底材料,也是制备深紫外发光器件的基础材料。由于h-BN晶体有极高的熔点温度(约2800 ℃)和分解压,大尺寸高质量的h-BN晶体的获得至今仍是个难题。本项目利用氢化物气相外延(HVPE)法在石墨衬底、蓝宝石衬底上生长了h-BN厚膜材料(十几微米到几百微米不等),并实现与衬底的自分离。结构表征表明,我们获得的h-BN材料的是沿着[0001]方向层状生长,但(0001)平面内存在着大量晶界,晶界是h-BN材料的主要缺陷。通过对生长工艺的探索,我们发现,在大氨气流量(高V/III)下可以获得半透明的h-BN厚膜,光学带隙大约在3.10 eV -3.35 eV之间,XRD(0002)面扫描的半高宽1.0度~1.7度之间。虽然h-BN的晶体质量还有待提高,但是通过本项目的研究,我们进一步完善了HVPE生长h-BN的设备,探索了2英寸半透明的h-BN厚膜的生长工艺,为进一步或获得更高质量和更大尺寸的h-BN单晶材料奠定了基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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