密歇根研究揭示了生產高質量、晶圓級、單層六方氮化硼的方法
密歇根大學的一個研究小組開發了第一個可以在石墨烯上生長單層六方氮化硼 (BN) 的可靠、可擴展的方法 ， 這一發現可以加速對下一代電子產品和 LED 設備的研究 。
該工藝可以通過 MBE 工藝生產大片高質量的 hBN ， 在 Advanced Materials 上發表的論文“具有巨大帶隙重整化的石墨烯上單層六方氮化硼的可擴展合成”中有詳細介紹 。
密歇根大學電氣工程和計算機科學教授、該研究的通訊作者 Zetian Mi 說 ， 石墨烯-hBN 結構可以為產生深紫外光的 LED 供電 ， 這在當今的 LED 中是不可能的 。 深紫外 LED 可以在包括激光器和空氣凈化器在內的各種設備中實現更小的尺寸和更高的效率 。
“今天用于產生深紫外光的技術是汞氙燈 ， 它很熱、體積大、效率低且含有有毒物質 ， ”Mi 說 。“如果我們可以用 LED 產生這種光 ， 我們可以看到紫外線設備的效率革命 ， 類似于我們在 LED 燈泡取代白熾燈時看到的那樣 。 ”
將 hBN 和石墨烯粘合在一起形成光滑的單原子厚層 ， 釋放出奇異特性的寶庫 。 除了深紫外 LED ， 石墨烯-hBN 結構還可以實現量子計算設備、更小、更高效的電子產品和光電子產品以及各種其他應用 。
“研究人員多年來一直了解 hBN 的特性 ， 但在過去 ， 獲得研究所需薄片的唯一方法是將它們從較大的 BN 晶體中物理剝離 ， 這是勞動密集型的 ， 而且只能產生微小的薄片材料 ， ”米說 。“我們的工藝可以生長出基本上任何尺寸的原子級薄片 ， 這開啟了許多令人興奮的新研究可能性 。 ”
雖然研究人員過去曾嘗試使用濺射和 CVD 等方法合成 hBN 薄層 ， 但他們難以獲得與石墨烯層正確結合所需的均勻、精確有序的原子層 。
電氣工程和計算機科學博士后研究員 Ping Wang 說：“要獲得有用的產品 ， 您需要一致、有序的 hBN 原子行與下面的石墨烯對齊 ， 而以前的努力無法實現這一點 。 ” “一些 hBN 整齊地下降 ， 但許多區域是無序且隨機排列的 。 ”
該團隊由電氣工程和計算機科學、材料科學與工程以及物理學研究人員組成 ， 他們發現整齊排列的 hBN 原子在高溫下比不受歡迎的鋸齒狀結構更穩定 。 有了這些知識 ， 王開始嘗試 MBE 。
Wang 使用了一個梯形石墨烯基板——本質上是一個原子級的階梯——并將其加熱到 1600 攝氏度左右 ， 然后噴灑在單個硼和活性氮原子上 。 結果遠遠超出了團隊的預期 ， 在石墨烯的梯形邊緣形成了整齊有序的 hBN 接縫 ， 它擴展成寬闊的材料帶 。
“多年來 ， 用大量原始 hBN 進行實驗是一個遙不可及的夢想 ， 但這一發現改變了這一點 ， ”Mi 說 。“這是朝著二維量子結構商業化邁出的一大步 。 ”
如果沒有來自各個學科的合作 ， 這個結果是不可能的 。 支撐部分工作的數學理論涉及來自密歇根大學和耶魯大學的電氣工程、計算機科學和材料科學與工程研究人員 。
Mi 的實驗室開發了這一工藝 ， 合成了材料并表征了它與光的相互作用 。 然后 ， 密歇根大學的材料科學家和工程師以及俄亥俄州立大學的合作者詳細研究了它的結構和電氣特性 。
密歇根大學材料科學與工程副教授 Emmanouil Kioupakis 和俄勒岡州立大學物理學教授 Jay Gupta 也是該論文的通訊作者 。
【機器人|深紫外 LED 的石墨烯-hBN 突破】該研究得到了密歇根工程藍天計劃、陸軍研究辦公室、國家科學基金會、美國能源部和 W.M. 的支持 。 凱克基金會 。
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