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Epitaxiewachstum von 100 Quadratzentimeter hexagonaler Bornitrid-Einkristallschicht auf Kupferoberfläche

Jul 15, 2019

Die Entwicklung von zweidimensionalen (2D) Materialien eröffnet Möglichkeiten für ihre Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Photovoltaik und Photovoltaik. Im Vergleich zu herkömmlichen Geräten auf Siliziumbasis bieten sie eine geringere Größe, eine schnellere Geschwindigkeit und mehr Funktionen. Sie können großflächige und qualitativ hochwertige Einkristalle für zweidimensionale Bauelemente (Leiter, Halbleiter und Isolatoren) liefern, was für die industrielle Anwendung zweidimensionaler Bauelemente sehr wichtig ist. Unter ihnen ist die Atomlage hexagonales Bornitrid (hBN) aufgrund ihrer guten Stabilität, glatten Oberfläche und großen Bandlücke das beste zweidimensionale Isoliermaterial im In- und Ausland. Diese Art von Kristall ist jedoch schwierig zu züchten. Die Größe eines zweidimensionalen hBN-Einkristalls beträgt üblicherweise weniger als 1 mm. Übermäßige Keimbildung erschwert das Wachstum vom Einzelkern zum großen Einkristall. Die dreifache Symmetrie des hBN-Gitters führt auch zum Auftreten von antiparallelen Domänen und Zwillingsgrenzen auf den meisten Substraten. Auf dieser Grundlage wird ein Verfahren für das Epitaxiewachstum von 100 Quadratzentimetern hBN-Einkristallschicht auf einer Kupferoberfläche mit niedriger Symmetrie (110) durch Tempern von industrieller Kupferfolie beschrieben. Die Strukturcharakterisierung und die theoretische Berechnung zeigen, dass das Epitaxiewachstum durch Koppeln der Stufengrenze von Cu 211 mit der gezackten Grenze von hBN erreicht wird, wodurch die Äquivalenz von antiparallelen hBN-Domänen aufgehoben wird und die Domänen unidirektional wachsen (Alignment-Verhältnis ist besser als 99%). Die Wachstumskinetik, unidirektionale Ausrichtung und nahtlose Spleißung von hBN-Domänen kann durch Charakterisierungstechniken im Zentimeter-Atom-Maßstab gezeigt werden. Die Forschungsergebnisse legen den Grundstein für die umfassende Anwendung zweidimensionaler Bauelemente und das Epitaxiewachstum nicht zentrosymmetrischer zweidimensionaler Materialien (wie Übergangsmetall-Binärverbindungen, großflächige Einkristalle).

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Abb. 1: Einkristallines Kupfer wurde durch Tempern einer industriellen Kupferfolie erhalten und seine (110) -Kristallebene wurde charakterisiert.

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Einweganordnung und nahtloses Spleißen von Domänen mit hBN-Struktur in Abb. 2: Cu (110) -Kristallebene.

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Abb. 3: In-situ-Beobachtung des unidirektionalen Wachstums von hBN-Domänen.

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Abb. 4. Der Mechanismus des kantengekoppelten Epitaxiewachstums von hBN-Domänen auf Kupfer (110) wurde untersucht.