南洋理工大学田博/沙特国王滚球体育 大学张西祥—六方氮化硼 (hBN) | Nature Communications！

【研究简介】

六方氮化硼（hBN）作为少数二维绝缘材料之一，对促进未来硅基电子器件和集成电路的发展具有战略意义。实现高质量、单层的hBN单晶的规模生产对于其在半导体工业中的应用至关重要。然而，化学气相沉积（CVD）合成hBN的物理机制尚未充分探索。其形态工程的研究对于研发大规模生产高质量hBN薄膜的合成技术至关重要。

近日，新加坡南洋理工大学田博研究员和沙特阿卜杜拉国王滚球体育 大学张西祥教授团队报导了一种新型具有六边形形貌的单晶hBN。研究团队探索了hBN的CVD生长过程中的物理机制，发现少量氧气的参与可以有效调控单晶hBN岛的形状。通过调节CVD系统中的微弱的氧含量，成功合成了排列一致的六边形hBN岛，并通过这些定向的六边形岛在单晶金属箔衬底上的生长，形成了连续、高质量的单晶单层hBN薄膜。DFT理论计算研究了在微弱氧辅助环境中生长的hBN单层边缘的能量态，提供了hBN六边形岛形态形成机制的见解。此研究开辟了控制二维材料岛形貌的新途径，为工业规模生产高质量、大面积的单晶hBN奠定了基础。相关研究工作以“Single-crystal hBN Monolayers from Aligned Hexagonal Islands”为题发表在国际期刊《Nature Communications》上，李俊竺博士为论文第一作者，田博研究员和张西祥教授为论文通讯作者。

【图文导读】

图1 |六方氮化硼（hBN）岛的三角形和六边形形态在Cu(111)衬底上的形成

图2 |在Cu(111)衬底上氧辅助CVD生长六边形hBN单晶。

图3 |原子结构示意图和密度泛函理论（DFT）计算。

图4 |高质量六边形hBN岛融合形成的单层单晶hBN在Cu(111)上。

图5 |单晶单层hBN薄膜的高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）表征。

结论与展望

本研究首次展示了氧辅助CVD技术在制备定向六边形hBN岛屿及合成高质量单晶hBN薄膜方面的巨大潜力。通过这种创新方法，研究团队提出了新型hBN六边形形岛屿的可行性，还成功实现了无孔洞结构和极低的缺陷密度的大面积单晶hBN薄膜。未来，这项技术将为新一代二维材料性电子器件的发展铺平道路，同时推动二维材料在超导、神经形态计算和高性能电子器件中的广泛应用。

文献：Li, Junzhu, et al. "Single-crystal hBN Monolayers from Aligned Hexagonal Islands."Nature Communications15.1 (2024): 8589.