一种利用液态金属转移六方氮化硼的方法与流程

本发明涉及h-bn材料制备与应用，具体涉及一种利用液态金属转移六方氮化硼的方法。

背景技术：

1、二维六方氮化硼（h-bn）是一种有着广泛应用前景的二维材料，这主要归功于其与石墨烯类似的晶体结构以及非常独特的性质。h-bn的层状结构由交替排列的氮和硼原子组成，呈现出类似蜂窝状六边形的晶体结构。与石墨烯不同，h-bn是一种宽禁带绝缘材料，其能隙约为5.97电子伏特(ev)，使得其在电子学应用中显示出优异的绝缘特性。

2、二维h-bn还具有良好的化学稳定性、热导性、机械强度以及优异的耐热性和耐化学性，为其在许多领域的应用提供了可能性。例如，在电气绝缘材料、热界面材料和防护涂层方面，h-bn都显示出极大的潜力。特别是在纳米电子学领域，由于其高的热导率和电绝缘性，h-bn被视为理想的电子器件绝缘体材料，可作为石墨烯等导电二维材料的衬底。h-bn的平滑表面和较低的表面能使得电子可以在其上高速移动，因此，它对于制造下一代高速、低能耗的纳米电子器件至关重要。在电子和光电领域，h-bn可以应用于制造电路板、半导体器件、透明导电膜以及作为纳米复合材料的强化剂。此外，由于h-bn对某些波长的光有选择性的吸收能力，它还可能被应用于可见光驱动的光催化和紫外光吸收材料。在生物医学领域，h-bn因其生物相容性和耐药性，在药物递送和生物成像领域同样有着巨大潜力。

3、然而，在实际应用中，二维h-bn材料的薄膜转移技术仍然面临许多难点。首先，h-bn薄膜的生长通常需要在高温下进行，这会导致对生长基板的选择有一定限制。而且，多层h-bn的转移通常需要精准控制，任何微小的缺陷或是褶皱都可能导致性能下降。其次，薄膜转移过程中的精确对准和完整剥离也是一大难题，特别是在尝试将h-bn嵌入或与其他二维材料组合时。此外，为了实现大面积的h-bn薄膜转移，所需的设备和技术支持必须有足够的精确度，以确保薄膜的完整性和一致性。目前，为了解决这些难题，科研人员正在探索多种创新的方法，包括干法转移技术、湿法转移技术以及上述的液态金属转移技术等。每种方法都有其优点和局限性，在实际操作中需要根据h-bn薄膜的具体应用和性能要求来选择合适的转移策略。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供利用液态金属转移六方氮化硼（h-bn）的方法，以实现直接精确大面积h-bn的转移，且无需刻蚀、压印及化学转移。本发明具体采用如下技术方案：

2、通过感应加热法在催化合金上生长多层h-bn，清洗目标转移衬底，在高温下下将熔融的催化合金上的多层h-bn转移至目标绝缘衬衬底，利用在高温下的界面效应，多层h-bn与目标衬底的固-液界面的结合力大于高温熔融状态下液-液界面多层h-bn与液态合金之间的结合力，实现对ni-b合金表面的多层h-bn进行转移。随后进行进一步的测量与表征。包括以下步骤：

3、1) 清洗催化合金金属；

4、2) 向腔室中放入催化金属合金，高温下通入反应气源生长h-bn；

5、3) 将生长有h-bn的合金金属与承载物的上表面紧密接触；

6、4) 将结构置于管式炉中，通入载气并加热至合金金属融化温度温度；

7、5) 降温并移除基底表面的金属催化剂，在目标基底表面得到大面积h-bn。

8、作为本发明的优选方案，所述反应基源包括环硼氮环、氨硼烷等含硼、氮基元。

9、作为本发明的优选方案，所述催化金属包括但不限于镓、铟、铋、镍、铁、钴等催化金属与硼形成的二元或多元合金。

10、作为本发明的优选方案，所述绝缘衬底为硅片、氧化硅片、sio2/si、碳化硅或蓝宝石等耐高温绝缘衬底片。

11、作为本发明的优选方案，步骤2）中，h-bn的生长温度为800-1300 ℃，优选为1000℃；保温10-60 min，优选为30-45 min；工作气压10-10000 pa，优选为10-120 pa。

12、作为本发明的优选方案，步骤3）中所述载气为氩气和氢气的混合气，其流量分别为1-50 sccm和100-300 sccm。

13、作为本发明的优选方案，步骤5）中，移除催化剂的方法为，退火温度800-1300 ℃融化金属，时间为5-10分钟，工作气压为10000-50000 pa，载气为氢气、氮气和氩气的混合气。

14、本发明利用利用液态金属转移六方氮化硼，有如下优点 ：

15、1）本发明可以在衬底上精确定位大面积h-bn的位置；

16、2）本发明所得h-bn无需化学过程，避免了对有机物污染及h-bn褶皱的引入；

17、3）本发明无需对h-bn进行光刻、离子刻蚀等工艺，避免了对h-bn的损伤与破坏。

技术特征：

1.一种利用液态金属转移六方氮化硼的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1 所述的一种利用液态金属转移六方氮化硼方法，其特征在于：所述步骤1）中催化金属选自高催化性的金属如镓、铟、镍、铁、钴等与硼形成的合金。

3.根据权利要求1 所述的一种利用液态金属转移六方氮化硼方法，其特征在于：步骤2）中所述反应基源包括环硼氮环、氨硼烷等含硼、氮基元。

4.根据权利要求1 所述的一种利用液态金属转移六方氮化硼方法，其特征在于：所述步骤3）中的绝缘衬底为硅片、氧化硅片、sio2/si、碳化硅、或蓝宝石等。

5.根据权利要求1 所述的一种利用液态金属转移六方氮化硼方法，其特征在于：所述步骤2）中h-bn的生长温度为800-1300 ℃，时间为10-60分钟，工作气压为10-10000 pa，载气为氢气、氮气和氩气的混合气。

6.根据权利要求1 所述的一种利用液态金属转移六方氮化硼方法，其特征在于：所述步骤3）中，移除催化剂的方法为，退火温度800-1300 ℃融化金属，时间为5-10分钟，工作气压为10000-50000 pa，载气为氢气、氮气和氩气的混合气。

技术总结本发明公开了一种利用液态金属转移六方氮化硼的方法。该方法包括如下步骤：以氨硼烷、氮气、氢气为源，以高催化性的金属如镓、铟、镍、铁、钴等与硼形成的合金等为载体高温催化氨硼烷源热分解，所得反应基元在液态金属中溶解并迁移，在高温状态下在液态金属表面析出获得高质量h‑BN薄膜。通过将生长有h‑BN催化金属覆盖在石英、蓝宝石、碳化硅等绝缘衬底上并融化的方法，实现大面积氮化硼的转移。该方法无需在湿法化学和有机胶辅助条件下对h‑BN进行化学转移等处理，避免了对晶格与结晶质量造成损害，解决了以往h‑BN生长过程中成本高、易受污染等问题。技术研发人员：吴天如受保护的技术使用者：苏州旌晖创半导体新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2