Science | 畴区自校准融合制备晶圆级单晶六方氮化硼(hBN)

Wafer-scale single-crystalhexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation，Science，DOI:10.1126/science.aau2132 。第一作者：Joo Song Lee，通讯作者：Soo Min Kim，韩国 Korea Institute of Science andTechnology (KIST)； Young Hee Lee, 韩国 Sungkyunkwan University and Institute for Basic Science (IBS) 。

早年介电材料氮化硼的晶圆级多晶薄膜已经被制备出来，但是多晶形成的晶界会导致与其贴合的导电层的载流子出现散射或钉扎效应，从而严重影响所制备器件的性能。

近期根据Science刊载，韩国科学技术研究院的Joo-Song Lee等人利用熔融金/钨薄膜作为基底，在化学气相沉积（CVD）系统中成功制备出晶圆尺寸的单晶六方氮化硼（hBN）薄膜。金对氮和硼的溶解度较低，这促使硼、氮原子在其上具有较好的扩散能力，致使hBN可在基底上形成微米级的圆形单晶畴区。作者认为不同的圆形单晶畴区之间会因为库伦相互作用（路易斯酸B与路易斯碱N）而导致畴区旋转，这种神奇的运动要一直持续到畴区边缘找到合适的拼接晶向并无缝拼接才会停止，进从而形成整张单晶薄膜。

BN畴区像音乐CD一样自己旋转跳跃我闭着眼直到找到合适的拼接角度成键

这种单晶hBN薄膜还可以作为其他二维材料外延生长的基底，作者利用该薄膜成功制备了晶圆尺寸的石墨烯/hBN异质结以及单晶二硫化钨（WS₂）薄膜。在介电材料氮化硼上直接生长的单晶二硫化钨薄膜是一种非常好的光电材料，不过该作者没有检测任何关于其制备的WS₂/hBN材料的电子学、光电子学性质，转而对所生长的单晶hBN材料进行了在防氧化和水汽阻隔性能上的应用探索，这点确实匪夷所思。据一位来自UCLA的不愿透露姓名的二维材料研究者（专家）推测，该组可能不具备测试电学的实验条件，或者相关工作正在进行尚未发表。

综上所述，该工作利用CVD方法在熔融金/钨薄膜上直接制备了晶圆级hBN，同时为晶圆级异质结和单晶二维材料的制备提供了新的思路，或可为材料生长研究者借鉴。

Fig. 1 Synthesis of single-crystal hBN film.

Fig. 2 Atomic structures of SC-hBN film.

Fig. 3 Direct growth of vertical SC-Gr/hBNheterostructure and single-crystal WS₂ film.

Fig. 4 Protecting layer against Cu oxidation andwater vapor barrier applications of wafer-scale SC-hBN film.

拓展阅读：

Optical Properties of 2D Semiconductor WS₂
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.201700767

Repeated and Controlled Growth of Monolayer,Bilayer and Few-Layer Hexagonal Boron Nitride on Pt Foils
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nn4009356

Seed-Assisted Growth of Single-CrystallinePatterned Graphene Domains on Hexagonal Boron Nitride by Chemical VaporDeposition
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.6b02279

Wafer-Scale Growth of Single-Crystal MonolayerGraphene on Reusable Hydrogen-Terminated Germanium
http://science.sciencemag.org/content/344/6181/286