六方氮化硼外延生長研究進(jìn)展

h-BN是一種類石墨烯的二維超寬禁帶半導(dǎo)體材料，在制造更小尺寸和更高速度的場效應(yīng)晶體管方面有極大的應(yīng)用潛力。制備高質(zhì)量的h-BN是實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的前提，本文基于外延生長h-BN的襯底類型進(jìn)行分類，系統(tǒng)地介紹了在過渡金屬襯底、藍(lán)寶石介質(zhì)襯底和半導(dǎo)體材料表面外延生長h-BN的各類方法及特點(diǎn)。在具有催化活性的過渡金屬襯底上可以外延生長高質(zhì)量的二維h-BN，樣品的物理化學(xué)特性與通過剝離得到h-BN的性能相當(dāng)。但由于襯底的催化作用會隨著 h-BN厚度的增加而迅速下降，所以過渡金屬襯底上外延生長的二維 h-BN存在自限效應(yīng)，厚度一般不超過10層，不利于h-BN在高壓大功率器件方面的應(yīng)用。同時(shí)，后續(xù)h-BN的表征及應(yīng)用通常需要轉(zhuǎn)移到介質(zhì)襯底上進(jìn)行，轉(zhuǎn)移過程不可避免地會在h-BN樣品中引入雜質(zhì)和缺陷，進(jìn)而影響樣品的表征及相應(yīng)器件的性能。

因此，直接在絕緣介質(zhì)或半導(dǎo)體材料襯底上生長h-BN單晶薄膜也具有十分廣闊的應(yīng)用前景。藍(lán)寶石具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是外延生長h-BN的首選襯底，在藍(lán)寶石襯底上外延生長h-BN單晶薄膜的方法主要有CVD、MOVPE、MBE、IBSD，以及高溫后退火等工藝，通過這些方法可以在藍(lán)寶石襯底上外延得到高質(zhì)量的h-BN單晶薄膜，還可以集成到現(xiàn)有的一些III-V族化合物半導(dǎo)體的外延生長工藝之中，為h-BN的大面積應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，但藍(lán)寶石襯底的弱催化活性導(dǎo)致其外延生長 h-BN單晶薄膜的溫度通常較高，在較低溫度下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量h-BN單晶薄膜的外延是未來的研究方向之一。此外， 石墨烯、Ge和Si等半導(dǎo)體材料襯底上生長h-BN單晶薄膜也是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)，以石墨烯為例，二者晶格常數(shù)失配率僅為1.7%，石墨烯襯底上可以外延得到高質(zhì)量的h-BN薄膜，為范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)的制備及其性能研究提供了新的方向。盡管目前人們在不同襯底上外延h-BN已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，但是其詳細(xì)的生長機(jī)理仍需要更多的研究，大面積h-BN的可控生長依然存在一定的困難，生長方法有待進(jìn)一步優(yōu)化。