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通过等离子体增强化学薄膜转化法（PECFC）直接无转移生长大面积六方氮化硼薄膜——基于可印刷溶液处理的硼烷氨前驱体

DOI：10.1021/acsami.8b17152 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 用于二维电子器件的大面积六方氮化硼(h-BN)薄膜合成通常需要高温(约1000°C)和需转移的催化金属衬底。本文类比等离子体增强化学气相沉积技术，采用非热等离子体产生高能态和化学反应活性粒子(如原子氢)，在低至500°C温度下直接于无金属衬底上将分子前驱体膜转化为h-BN——我们称此过程为等离子体增强化学膜转化(PECFC)。通过溶液加工法(包括喷涂、旋涂和喷墨打印)制备含氨硼烷前驱体的薄膜，在冷壁反应器中与常压氩气或氩氢混合气体环境下的平面介质阻挡放电装置反应。显微拉曼光谱系统表征显示：添加等离子体可使硅基衬底上的成核最低温度从800°C降至500°C，且通过半高宽减小(>40 cm-1降至~13 cm-1)反映的晶畴尺寸增大超3倍。为验证h-BN薄膜作为二维电子器件栅介质的潜力，制备了二硫化钼场效应晶体管，其场效应迁移率较二氧化硅提升高达四倍。总体而言，PECFC技术能在比CVD更低的温度下生长结晶性更优的h-BN薄膜，且可直接在适合电子器件制造的衬底上实现。
作者： Tianqi Liu，Kasun Premasiri，Yongkun Sui，Xun Zhan，Haithem A.B. Mustafa，Ozan Akkus，Christian A. Zorman，Xuan P. A. Gao，R. Mohan Sankaran
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种在较低温度下直接于无金属基底上合成大面积六方氮化硼（h-BN）薄膜的方法，用于二维（2D）电子器件应用。

研究成果

PECFC方法可在低至500摄氏度的温度下，在无金属基底上直接生长大面积、连续且高度结晶的六方氮化硼（h-BN）薄膜，其结晶度和介电性能较化学气相沉积（CVD）法均有提升。该工艺具有普适性，可通过多种溶液处理技术调控薄膜厚度与几何形貌。

研究不足

该研究聚焦于六方氮化硼（h-BN）薄膜的合成与表征，对质子交换膜燃料电池（PECFC）工艺在工业应用中的可扩展性讨论有限。等离子体参数对薄膜性能的影响可进一步探究。

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