用氮?dú)狻⒑鸷辖鸫呋煽刂苽浯竺娣e六方氮化硼（h-BN）已成為現(xiàn)實(shí)，但是對于這種生長機(jī)制的系統(tǒng)研究還很少，這阻礙了大尺寸、高質(zhì)量h-BN可控合成與實(shí)際應(yīng)用。

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副研究員吳天如研究團(tuán)隊(duì)和華東師范大學(xué)教授袁清紅研究團(tuán)隊(duì)，基于原位合成、表征研究與第一性原理計(jì)算方法，提出鐵硼（Fe₂B）合金表面高質(zhì)量多層六方氮化硼（h-BN）原子空位輔助生長新機(jī)制。

Fe₂B合金表面多層h-BN合成機(jī)制示意圖

吳天如研究團(tuán)隊(duì)基于Fe2B合金體系實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量h-BN可控制備，通過快速冷卻淬火技術(shù)結(jié)合飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS），分析h-BN合成過程中Fe₂B淺表層B原子和N原子分布規(guī)律。袁清紅研究團(tuán)隊(duì)采用第一性原理計(jì)算方法，研究Fe₂B表面h-BN的生長機(jī)制，提出Fe₂B表面h-BN的空位輔助合成機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，B-N二聚體產(chǎn)生使合金表面形成大量B空位，對B、N原子的遷移起到較大的促進(jìn)作用。

在這項(xiàng)工作中，在密度泛函理論（DFT）計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，揭示了h-BN在Fe2B襯底上的空位輔助生長機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)Fe₂B表面h-BN成核能壘約2eV。因此，在相對較低溫度（700K）下合成h-BN成為可能。該研究提出的“空位輔助”生長新機(jī)制，解決傳統(tǒng)方法合成多層h-BN長久以來缺乏高N溶解度和擴(kuò)散速率的催化劑的難題，有利于實(shí)現(xiàn)多層材料的晶圓級制備，為二維電子和光電子器件的潛在應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

論文地址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.0c02289

參考來源：上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所

編譯整理 YUXI