北京大學(xué)：單晶單層六方氮化硼的制備取得重要進(jìn)展

      近年來，隨著芯片尺寸的不斷減小，短溝道效應(yīng)、熱效應(yīng)等日趨明顯，開發(fā)全新的二維量子材料體系以實(shí)現(xiàn)變革性的器件應(yīng)用已成為當(dāng)前科技的研究熱點(diǎn)。規(guī)模化高端器件應(yīng)用必須基于大面積、高品質(zhì)的單晶材料，因此二維單晶材料的制備研究具有重要的科學(xué)意義和技術(shù)價(jià)值。作為唯一無懸鍵的二維半導(dǎo)體，六方氮化硼的大面積單晶制備一直是該領(lǐng)域難以突破的瓶頸。主要問題是外延生長過程中產(chǎn)生的孿晶晶界：即晶疇在常規(guī)單晶襯底上存在兩個(gè)夾角為180°的優(yōu)勢取向時(shí)，而反向晶疇在拼接時(shí)會(huì)形成缺陷晶界。該問題在絕大多數(shù)二維材料單晶制備中普遍存在，因此六方氮化硼單晶材料的制備研究具有非常重要的科學(xué)意義和技術(shù)價(jià)值。

      近日，北京大學(xué)王恩哥院士、俞大鵬院士、劉開輝研究員與合作者在中心反演對(duì)稱性破缺的單晶銅襯底上實(shí)現(xiàn)了分米級(jí)二維單晶六方氮化硼的外延制備，同時(shí)對(duì)生長機(jī)制給出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)及理論分析。相關(guān)成果以“Epitaxial growth of a 100-square-centimetre single-crystal hexagonal boron nitride monolayer on copper”為標(biāo)題發(fā)表在《自然》雜志上。

      研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)攻關(guān)，探索出利用對(duì)稱性破缺的襯底外延非中心反演對(duì)稱二維單晶薄膜的新方法。該方法通過專利保護(hù)的退火工藝將工業(yè)多晶銅箔轉(zhuǎn)化為僅有C1對(duì)稱性的銅(110)小角度傾斜晶面，利用該晶面上獨(dú)特的Cu<211>臺(tái)階和六方氮化硼晶疇的硼型、氮型鋸齒形邊界耦合強(qiáng)度差打破六方氮化硼生長過程中晶疇取向的簡并度，從而實(shí)現(xiàn)取向一致的晶疇生長，并無縫拼接為二維單晶薄膜。該方法可推廣至其它二維材料的大面積單晶制備，有望推動(dòng)新型二維材料器件規(guī)?；瘧?yīng)用的技術(shù)發(fā)展。