二维六方氮化硼的制备及其光电子器件研究进展(特邀)

六方氮化硼是一种具有宽带隙和二维层状结构的代表性材料,拥有优异的物理化学稳定性和高热导率等独特特性。其表面原子级平整、无悬挂键和带电杂质,被公认为是作为其它低维材料衬底的理想选择。另一方面,六方氮化硼对深紫外波段的强吸收和中红外波段的双曲特性,使其成为了制备高性能深紫外和中红外探测器的重要材料。本文首先介绍了六方氮化硼的晶体结构和材料特性,然后将材料制备方法分为“自上而下”和“自下而上”两类,系统阐述了六方氮化硼的制备现状,接着从衬底/介质层/钝化层、隧穿层和吸收层三方面重点回顾了六方氮化硼在光电子器件领域的研究进展。最后,基于六方氮化硼的研究现状,分析了其所面临的一些挑战和机遇。

六方氮化硼二维材料的制备及光电特性的研究进展

介绍了六方氮化硼(h-BN)材料的几种主要制备方法,如剥离法、化学气相沉积法、水热法等,并讨论了各种制备方法的特点。同时展示了以h-BN二维材料制备的晶体管的特性,发现其具有良好的电学和放大特性。综述了h-BN与石墨烯、硫化钼等其他二维材料构成的异质结的光电特性,因为h-BN带隙宽,与其他二维材料形成的异质结势垒高度增加,载流子复合速率降低,使光电流响应率增加,响应时间减小,从而使器件的频率特性得到显著提升。这些优异特性可用于制备光电探测器和太阳能电池等高效率的纳米光电子器件。最后,还对h-BN未来的发展方向进行了展望,其制备工艺和应用领域还有待进一步深入拓展。

六方氮化硼在二维晶体微电子器件中的应用与进展

六方氮化硼(h-BN)因其优异的性能和潜在的应用前景而受到广泛关注。着眼于h-BN在微电子器件领域中的发展与应用,总结了近年来国内外通过化学气相沉积(CVD)方法实现hBN的高质量、大规模可控制备及图形化的代表性工作。围绕h-BN的高介电常数、原子级平滑表面、高导热性和高稳定性,重点介绍了h-BN在二维晶体介电衬底、半导体器件热管理平台以及集成电路封装材料中应用的研究进展,并简述了将h-BN应用于隧穿器件和存储阵列的研究成果。最后,对h-BN在新型微电子器件大规模应用的已有成果进行总结,并展望了该领域未来的研究与发展方向。

基于二维六方氮化硼材料的光子晶体非对称传输异质结构设计

二维六方氮化硼(hexagonal boron nitride,hBN)材料在产生光学稳定的超亮量子单光子光源领域有着潜在应用,有望用于量子计算和信息处理平台,已成为研究热点.而光学非对称传输设备是集成量子计算芯片中的关键器件之一.本文从理论上提出了一种基于hBN材料光子晶体异质结构的纳米光子学非对称光传输器件.运用平面波展开法研究了光子晶体的能带结构与等频特性,从理论上分析了hBN异质结构中可见光波非对称传输的可行性.同时,采用时域有限差分方法研究了可见光波段异质结构的晶格常数和半径对透射光谱的影响.研究结果显示,该结构实现了在610—684 nm波长范围内TE偏振光的非对称传输,在652 nm波长处正向透射率达到0.65,反向透射率为0.006,非对称传输透射对比度高达0.98.本文提出的结构模型为基于hBN的新型纳米光子器件设计提供了新的可能性,可用于不同功能光学器件的集成设计.

常压化学气相沉积法制备二维六方氮化硼

采用常压化学气相沉积(APCVD)法制备二维六方氮化硼的基本方法,系统探究衬底抛光处理、衬底与前驱体间距、前驱体加热温度、生长温度等对六方氮化硼生长的影响,通过优化调控生长因子,成功制备出高质量单层六方氮化硼薄膜.

基于六方氮化硼的确定性量子光源研究进展

量子光源是量子信息科学技术的基石,对于推动光量子科技的进步至关重要。高效、稳定且易于获得的单光子源的实现是促进相关技术发展的关键。目前,六方氮化硼中的单光子源因其高亮度和优异的室温光学稳定性而备受关注。本文概述了六方氮化硼中单光子源的研究现状和物理特性,详细介绍了在六方氮化硼中实现精确定位单光子源的各种制备技术;并探讨了基于六方氮化硼的单光子源在不同应用领域的应用,如与光学微腔和波导的耦合以及通过外部电场或应力对它们的调制。最后,总结了六方氮化硼中单光子源所面临的机遇和挑战,并讨论了目前正在探索的研究方向以及未来的新可能性。

石墨烯及二维六方氮化硼在LED散热中的应用

随着发光二极管的广泛应用,其散热问题日趋受到重视.针对发光二极管热导率影响其量子效率和产品寿命的问题,以具有高导热性能的石墨烯和二维六方氮化硼材料作为研究对象,综述了石墨烯和二维六方氮化硼在发光二极管电子器件散热领域中的一些重要的基础研究成果,并展望其在未来的应用前景.

六方氮化硼纳米片的创新制备与应用展望

对近年国内外常见的六方氮化硼纳米片(BNNSs)剥离技术进行了综述和分类,并对比分析了这些方法的技术特点、所制备纳米片的完整性以及实验的经济成本。同时,对BNNSs的发展趋势和潜在应用前景进行了展望,旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考,并促进BNNSs在实际应用中的进一步发展。

美国莱斯大学利用二维六方氮化硼提升陶瓷材料性能

据Phys.org网站2018年1月11日消息,美国莱斯大学研究人员发现,在陶瓷材料中掺入纳米尺度的二维六方氮化硼（白色石墨烯）,可大幅提升陶瓷材料的强度、韧性、耐热与耐辐射等性能.研究人员分析了白色石墨烯与雪硅钙石陶瓷材料的结合情况,结果表明,白色石墨烯可与层状雪硅钙石形成牢固的夹芯结构,

类石墨烯结构二维氮化硼材料:结构特性、合成方法、性能及应用

石墨烯的发现和成功制备引起了人们对二维材料的研究热潮。六方氮化硼(h-BN)薄膜作为类石墨烯结构的二维层状材料,也是当前的研究热点。介绍了h-BN及其相应的低维纳米结构,并概述了近期对二维BN纳米材料的形貌、合成、性能和应用的研究进展。目前对一维和二维纳米材料的研究表明,BN纳米材料具有诸多优异性能,包括高温稳定性、低介电常数、高力学性能、高热导率、高硬度和高耐腐蚀性,BN纳米材料系统已成为最具前景的非碳纳米系统,在不远的将来将有广泛的应用。

二维氮化硼纳米片增强复合涂层长周期腐蚀机理方面取得进展

六方氮化硼（h-BN）,又被称为“白色石墨烯”,与石墨烯具有类似的层状结构和性能,如高抗渗性、机械性能和优异的导热性。此外,与导电性石墨烯相比,六方氮化硼的绝缘性能够抑制电子的传输,进而使得下层金属基底发生电偶腐蚀的可能性减小。然而,相比于石墨烯在防腐领域引起的广泛关注,氮化硼对金属长期抗腐蚀性能的研究报道很少。

六方氮化硼的制备、改性及应用

近年来随着科技的发展,石墨烯薄膜、石墨烯基复合涂料、六方氮化硼(h-BN)、二硫化钼(MOS2)等二维纳米材料引起了科研人员的关注,尤其是h-BN因具有优异的物理、化学特性而得到广泛应用。介绍了h-BN的基本结构、制备方法、功能化改性以及应用领域,对比了各种制备方法的优缺点,并指出了目前h-BN研究中需要解决的问题。

六方氮化硼外延生长研究进展

二维超宽禁带半导体材料六方氮化硼(h-BN)具有绝缘性好、击穿场强高、热导率高,以及良好的稳定性等特点,且其原子级平整表面极少有悬挂键和电荷陷阱的存在,使其有潜力成为二维电子器件的衬底和栅介质材料。实现h-BN应用的关键在于生长高质量的h-BN单晶薄膜,本文详细介绍了在过渡金属衬底、绝缘介质衬底和半导体材料表面外延生长h-BN的方法及其研究进展。在具有催化活性的过渡金属衬底(铜、镍、铁、铂等)上可以外延得到高质量的二维h-BN,而在绝缘介质或半导体材料衬底上直接生长h-BN单晶薄膜更具挑战性。蓝宝石以其良好的热稳定性和化学稳定性成为外延h-BN的首选衬底,蓝宝石衬底上生长h-BN薄膜的方法主要有化学气相沉积、分子束外延、离子束溅射沉积、金属有机气相外延,以及高温后退火等,通过这些方法可以在蓝宝石衬底上外延得到h-BN单晶薄膜,还可以集成到现有的一些III-V族化合物半导体的外延生长工艺之中,为h-BN的大面积应用奠定基础。此外,石墨烯、硅和锗等半导体材料衬底上生长h-BN单晶薄膜也是当前研究的一个热点,这为基于h-BN的异质结制备及其应用提供了新的方向。

二维氮化硼纳米片增强复合涂层长周期腐蚀机理研究获进展

六方氮化硼（h-BN），又被称为“白色石墨烯”，与石墨烯具有类似的层状结构和性能，如高抗渗性、机械性能和优异的导热性。

曼彻斯特大学成功合成含有六方氮化硼夹层的石墨烯材料

英国曼彻斯特大学的研究人员在《自然·纳米技术》发表论文称，他们利用二维材料（即只有一个或几个原子层厚的薄膜材料）层叠成一种新材料，该材料展现出优异的能力，在未来或成为制造新一代晶体管的材料首选。六方氮化硼又被称为白色石墨烯，在2004年曼彻斯特大学的一项研究中被人们发现，现已成为二维材料家族中的一员。现在，研究小组首次证实，可通过精确操控晶层堆叠方向的方式，极大地改变异质结中的电子运转方式，使这种材料真正具备了投入应用的实际价值。

北大研究人员实现分米级单晶单层六方氮化硼的制备

近日,《自然》杂志发布的一篇论文称,来自北京大学的科学家利用中心反演对称性破缺衬底首次成功实现分米级二维六方氮化硼单晶的外延制备。这是继米级石墨烯单晶成功制备之后,二维材料单晶生长领域又一重大进展。

介质衬底上生长h-BN二维原子晶体的研究进展

六方氮化硼(h-BN)二维原子晶体以其独特的结构、优异的性质以及广泛的应用前景引起了人们的普遍关注。高质量h-BN材料的制备是其性质研究与实际应用的前提。机械剥离的h-BN尺寸有限,普遍采用的化学气相沉积(CVD)技术通常以过渡金属为衬底,器件应用时需要将h-BN转移到其它衬底上。因此,在介质衬底上直接生长h-BN成为二维材料研究领域的一个重要发展方向。本文总结了近年来介质衬底(包括:Si基衬底、蓝宝石衬底和石英衬底等)上直接生长h-BN二维原子晶体的主要进展。人们采用CVD、金属有机气相外延法(MOVPE)、物理气相沉积法(PVD)等方法,通过提高生长温度、衬底表面处理、两步生长等工艺实现了介质衬底上直接生长h-BN。此外,还介绍了介质衬底上h-BN二维原子晶体的主要应用。

界面调控二维六方氮化硼单晶外延生长取得新进展

近年来,随着芯片内元器件尺寸的不断减小,短沟道效应、热效应等日趋明显,开发全新的二维量子材料体系以实现变革性的器件应用已成为当前的研究热点.高端器件的规模化应用必须基于大面积、高品质的单晶材料,因此二维单晶材料的制备研究具有重要的科学意义和技术价值.2019年5月22日,Nature在线发表了题为“Epitaxial growth of a 100-square-centimetre single-crystal hexagonalboron nitride monolayer on copper”啲文章,报道了北京大学物理学院刘开辉研究组及其合作者[1],利用表面中心反演对称性破缺的单晶铜衬底实现了分米级单晶六方氮化硼的外延制备.该项研究成果受到学术界和工业界的广泛关注.

二维材料在电力电子器件中的散热应用

市场需求推动着电力电子技术的高速发展,各种新型电力电子器件应运而生,其高功率密度带来的散热问题,直接影响了器件的电特性和可靠性。二维材料石墨烯和六方氮化硼由于特殊的二维结构,在热传导方面具有优异的特性。本文以IGBT器件为例,分别将石墨烯以薄膜形式应用于芯片表面,将六方氮化硼以导热载体形式填充到封装树脂中,在封装结构的横向和纵向同时减小热阻,提出了新一代电力电子器件封装散热的解决方案,并进行了机理分析。进一步介绍了封装过程中石墨烯和六方氮化硼的制备及应用工艺,其工艺过程和产物质量是影响散热效果的关键因素。

二维转角莫尔超晶格专题编者按

超晶格是一种具有较大周期的、人造的超结构,类似于普通的晶格结构,它也是一种周期性的势垒,会形成迷你能带,实现对材料物性的调制.早在20世纪70年代,人们就提出了以两种或多种晶格匹配的材料交替生长形成超晶格的概念,即以三维材料为母体形成一维超晶格. 20世纪90年代,人们可以采用微纳加工的手段在传统Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结二维电子气中构造百纳米级别的人造二维超晶格结构.进入21世纪后,随着石墨烯、六方氮化硼和其他二维材料的发现和兴起,这种原子级厚度的二维材料及其丰富的材料堆垛方式为二维超晶格的发展提供了绝佳机会.