二維硼碳氮納米片層薄膜的控制生長(zhǎng)及性質(zhì)研究.pdf

1、自從石墨烯材料被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其獨(dú)特的性質(zhì)以及在電子器件方面的應(yīng)用前景，吸引著越來(lái)越多的科研人員研究二維納米材料。由于六方氮化硼具有類似于石墨的結(jié)構(gòu)，并且在某些方面的性質(zhì)更優(yōu)于石墨，因此許多研究者把注意力轉(zhuǎn)向合成二維六方氮化硼材料。氮化硼納米片具有與碳納米片互補(bǔ)的物理化學(xué)性質(zhì)，如半導(dǎo)體性、高溫穩(wěn)定性和高化學(xué)穩(wěn)定性，因而在紫外發(fā)光納米電子器件、高溫催化劑載體、電子場(chǎng)發(fā)射及自清潔涂層等方面具有潛在應(yīng)用。而通過(guò)對(duì)氮化硼材料摻雜獲得的硼碳氮材料具有

2、改進(jìn)的導(dǎo)電性，并可得到可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)，因而有其獨(dú)特的性質(zhì)和應(yīng)用。
　　本論文研究了用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法在（001）取向單晶硅面片上生長(zhǎng)二維硼碳氮（BCN）納米片層薄膜及其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，基于已經(jīng)建立的利用N2-BF3-H2反應(yīng)體系制備氮化硼（BN）二維納米片的方法，通過(guò)在反應(yīng)氣相中引入甲烷的方法來(lái)制備硼碳氮三元納米片層薄膜。通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)工藝參數(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)甲烷的摻入明顯影響硼碳氮納米片層薄膜的生長(zhǎng)，如：未摻入甲烷前，氮化硼納米片

3、的最佳沉積壓強(qiáng)為6kPa，并且低于4kPa壓強(qiáng)時(shí)不能生長(zhǎng)，而摻入甲烷后通過(guò)控制參數(shù)，BCN納米片的最佳生長(zhǎng)壓強(qiáng)為2-3kPa；甲烷在沉積系統(tǒng)中能加速硼碳氮納米片的生長(zhǎng)。同時(shí)在沉積的過(guò)程中引入偏壓，研究偏壓對(duì)BCN納米片生長(zhǎng)的影響。本論文系統(tǒng)研究了各種參數(shù)包括反應(yīng)壓強(qiáng)、功率、微波偏壓、各種氣體流量對(duì)BCN納米片層薄膜形貌以及性質(zhì)的影響，并分析了BCN納米片層薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制。結(jié)果表明，通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)可以得到排列方向、尺寸、厚度、形狀、密度以及

4、碳含量可控制的BCN納米片層結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡（SEM）圖片顯示這些定向排列的納米片狀材料的大小大多集中在0.3μm到2.1μm之間，而厚度通過(guò)SEM觀察也在20nm以下。進(jìn)一步通過(guò)投射電子顯微鏡（TEM）的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在片層邊緣由2-20個(gè)原子層組成，呈梯形排列類似于刀刃的尖端，且晶面間距為0.34nm左右，與石墨以及六方氮化硼晶體的（002）面層間距近似。通過(guò)對(duì)BCN納米片狀材料的紅外以及拉曼光譜的研究，發(fā)現(xiàn)在不同參數(shù)條件下沉積的B