二維硼碳氮納米片層薄膜的控制生長及性質(zhì)研究.pdf

1、自從石墨烯材料被發(fā)現(xiàn)以來，其獨特的性質(zhì)以及在電子器件方面的應用前景，吸引著越來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構，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的物理化學性質(zhì)，如半導體性、高溫穩(wěn)定性和高化學穩(wěn)定性，因而在紫外發(fā)光納米電子器件、高溫催化劑載體、電子場發(fā)射及自清潔涂層等方面具有潛在應用。而通過對氮化硼材料摻雜獲得的硼碳氮材料具有

2、改進的導電性，并可得到可調(diào)的能帶結構，因而有其獨特的性質(zhì)和應用。
　　本論文研究了用微波等離子體化學氣相沉積法在（001）取向單晶硅面片上生長二維硼碳氮（BCN）納米片層薄膜及其結構與性質(zhì)，基于已經(jīng)建立的利用N2-BF3-H2反應體系制備氮化硼（BN）二維納米片的方法，通過在反應氣相中引入甲烷的方法來制備硼碳氮三元納米片層薄膜。通過對生長工藝參數(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，如：未摻入甲烷前，氮化硼納米片

3、的最佳沉積壓強為6kPa，并且低于4kPa壓強時不能生長，而摻入甲烷后通過控制參數(shù)，BCN納米片的最佳生長壓強為2-3kPa；甲烷在沉積系統(tǒng)中能加速硼碳氮納米片的生長。同時在沉積的過程中引入偏壓，研究偏壓對BCN納米片生長的影響。本論文系統(tǒng)研究了各種參數(shù)包括反應壓強、功率、微波偏壓、各種氣體流量對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機制。結果表明，通過參數(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納米片層結構。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SEM觀察也在20nm以下。進一步通過投射電子顯微鏡（TEM）的測試，發(fā)現(xiàn)在片層邊緣由2-20個原子層組成，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。通過對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