CN112941466B - 一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，现有技术中贵金属元素掺杂后，可以改变h‑BN的导电类型、降低禁带宽度和电导能力。不同于石墨烯，h‑BN单分子层薄膜的制备非常困难；本发明采用氨硼烷和金作为h‑BN前驱物和掺杂剂，通过气相法在基底上制备出金掺杂h‑BN薄膜，厚度从单分子层厚度到20nm。制备的h‑BN其光学、电学性能可通过金掺杂量进行调节。

Description

一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法。
背景技术
六方氮化硼(h-BN)用途广泛，可用作绝缘材料、散热材料、固体润滑剂、和油污吸附材料，另外h-BN薄膜隔氧性能好，可用于金属表面抗氧化防护层。此外，h-BN在光电子领域也有很好的应用前景。h-BN是直接带隙半导体材料，可用于制备日盲区的深紫外光电探测器。但是，h-BN的禁带宽度大，约为6eV，不适合探测近紫外光，另外，载流子浓度低也不适合制备二极管，因此有必要降低h-BN的禁带宽度，以扩大应用范围。掺杂是降低禁带宽度提高载流子浓度常用的方法。理论计算表明，贵金属元素掺杂后，可以改变h-BN的导电类型、降低禁带宽度和电导能力。不同于石墨烯，h-BN单分子层薄膜的制备非常困难，掺杂研究少，这与h-BN本身晶体生长特性有关。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，采用氨硼烷和金作为h-BN前驱物和掺杂剂，通过气相法在基底上制备出金掺杂h-BN薄膜，厚度从单分子层厚度到20nm。制备的h-BN其光学、电学性能可通过金掺杂量进行调节。
一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1).将衬底通过热蒸发法在其表面沉积100-500nm厚度的金薄膜；
步骤(2).将基底用盐酸、去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，并置于石英管的一端，其正下方放置步骤(1)的产物，基底与金薄膜之间相距500nm-1mm；
步骤(3).将氨硼烷，装入石英管中，并置于石英管的另一端，氨硼烷与基底之间距离10-25cm；
步骤(4).将步骤(3)的石英管两端密封，并抽真空；
步骤(5).将步骤(4)石英管放入管式电炉中，升温至900～1050℃，升温速率为20～30℃/min；温度升至900～1050℃后保温，保温时间为30～120min；
步骤(6).管式电炉、石英管停止加热，开启管式炉，将石英管室温环境下快速冷却到室温，然后取出基底，在基底上获得金掺杂的h-BN薄膜。
作为优选，所述的石英管直径为2cm。
作为优选，所述衬底为硅片、石英玻璃。
作为优选，所述基底为铜片、镍片、硅片。
作为优选，所述的基底尺寸为0.5～1.0cm×0.5～1.0cm。
作为优选，所述的衬底尺寸为1.0cm×1.0cm。
作为优选，所述的步骤(1)中的金薄膜替换为银薄膜。
本发明以金薄膜为掺杂源，高温下，金薄膜挥发形成气态金原子，部分气态金原子与氨硼烷高温分解产物一起在基底表面形成Au掺杂的h-BN。制备的h-BN其光学、电学性能可通过金掺杂量进行调节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1).如图1所示，将尺寸为1.0cm×1.0cm硅片衬底5通过热蒸发法在其表面沉积100nm厚度的金薄膜；
步骤(2).将尺寸为0.5×0.5cm的铜片基底4用盐酸、去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，并置于直径为2cm的石英管2的一端，其正下方放置步骤(1)的产物，基底与金薄膜之间相距500nm；
步骤(3).将0.2g氨硼烷3，装入石英管中，并置于石英管的另一端，氨硼烷与基底之间距离10cm；
步骤(4).将步骤(3)的石英管两端密封，并抽真空；
步骤(5).将步骤(4)石英管放入管式电炉1中，升温至1050℃，升温速率为20℃/min；温度升至1050℃后保温，保温时间为30min；
步骤(6).管式电炉、石英管停止加热，开启管式炉，将石英管室温环境下快速冷却到室温，然后取出基底，在基底上获得金掺杂的h-BN薄膜。
实施例二：一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1).将石英玻璃衬底通过热蒸发法在其表面沉积300nm厚度的金薄膜；
步骤(2).将尺寸为1.0cm×1.0cm的镍片基底用盐酸、去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，并置于石英管的一端，其正下方放置步骤(1)的产物，基底与金薄膜之间相距700nm；
步骤(3).将0.6g氨硼烷，装入石英试管中，并置于石英管的另一端，氨硼烷与基底之间距离18cm；
步骤(4).将步骤(3)的石英管两端密封，并抽真空；
步骤(5).将步骤(4)石英管放入管式电炉中，升温至1000℃，升温速率为25℃/min；温度升至1000℃后保温，保温时间为80min；
步骤(6).管式电炉、石英管停止加热，开启管式炉，将石英管室温环境下快速冷却到室温，然后取出基底，在基底上获得金掺杂的h-BN薄膜。
实施例三：一种银掺杂氮化硼薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1).将尺寸为1.0cm×1.0cm的石英玻璃衬底通过热蒸发法在其表面沉积500nm厚度的银薄膜；
步骤(2).将尺寸为0.8cm×0.8cm的硅片基底用盐酸、去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，并置于直径为2cm的石英管的一端，其正下方放置步骤(1)的产物，基底与银薄膜之间相距1mm；
步骤(3).将1g氨硼烷，装入石英试管中，并置于石英管的另一端，氨硼烷与基底之间距离10-25cm；
步骤(4).将步骤(3)的石英管两端密封，并抽真空；
步骤(5).将步骤(4)石英管放入管式电炉中，升温至900℃，升温速率为30℃/min；温度升至900℃后保温，保温时间为120min；
步骤(6).管式电炉、石英管停止加热，开启管式炉，将石英管室温环境下快速冷却到室温，然后取出基底，在基底上获得银掺杂的h-BN薄膜。

Claims (7)

1.一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤(1).将衬底通过热蒸发法在其表面沉积100-500nm厚度的金薄膜；
步骤(2).将基底用盐酸、去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，并置于石英管的一端，其正下方放置步骤(1)的产物，基底与金薄膜之间相距500nm-1mm；
步骤(3).将氨硼烷，装入石英管中，并置于石英管的另一端，氨硼烷与基底之间距离10-25cm；
步骤(4).将步骤(3)的石英管两端密封，并抽真空；
步骤(5).将步骤(4)石英管放入管式电炉中，升温至900～1050℃，升温速率为20～30℃/min；温度升至900～1050℃后保温，保温时间为30～120min；
步骤(6).管式电炉、石英管停止加热，开启管式炉，将石英管室温环境下快速冷却到室温，然后取出基底，在基底上获得金掺杂的h-BN薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于：所述的石英管直径为2cm。
3.根据权利要求1所述的一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于：所述衬底为硅片、石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于：所述基底为铜片、镍片、硅片。
5.根据权利要求1所述的一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于：所述的基底尺寸为0.5～1.0cm×0.5～1.0cm。
6.根据权利要求1所述的一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于：所述的衬底尺寸为1.0cm×1.0cm。
7.根据权利要求1所述的一种金掺杂氮化硼薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的金薄膜替换为银薄膜。
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