本發(fā)明屬于砷化硼半導(dǎo)體材料，具體涉及到一種砷化硼薄膜制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)和通訊技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)高功率和快速響應(yīng)電子器件的需求急劇增加。同時(shí)，由于半導(dǎo)體器件的大規(guī)模集成和尺寸的不斷縮小，導(dǎo)致電子設(shè)備的功率密度大幅度增加，熱量耗散也成為了現(xiàn)代電子設(shè)備中越來(lái)越急需解決的問(wèn)題。

2、砷化硼是一種兼具高熱導(dǎo)率和高雙極性遷移率的半導(dǎo)體材料，一方面，高熱導(dǎo)率使其在集成電路熱管理的應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠保證器件在高功率和高速工作的同時(shí)快速散熱，有效降低器件溫度，提高器件的性能。相對(duì)于高熱導(dǎo)率的金剛石等材料來(lái)說(shuō)，砷化硼材料對(duì)制造設(shè)備要求較低，制備方法簡(jiǎn)單，成本低。另一方面，砷化硼的載流子遷移率高，使其在高速半導(dǎo)體器件中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。另外，砷化硼的熱膨脹系數(shù)也與常規(guī)半導(dǎo)體材料相匹配，使其在溫度變化時(shí)不會(huì)出現(xiàn)因熱膨脹差異而引起的結(jié)構(gòu)或組件損壞的問(wèn)題。

3、由此可見(jiàn)，砷化硼材料在現(xiàn)代電子器件領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，有望成為能夠?qū)崿F(xiàn)器件級(jí)散熱的新型半導(dǎo)體材料，為現(xiàn)代電子設(shè)備的半導(dǎo)體器件和光電器件散熱技術(shù)瓶頸提供最佳解決方案，現(xiàn)有關(guān)砷化硼制備的報(bào)道均為砷化硼單晶的制備，而砷化硼薄膜與砷化硼單晶相較而言，無(wú)論是制備還是應(yīng)用上都具有更大的優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)樯榛鹪谝r底表面成核位點(diǎn)少不能均勻成核，進(jìn)而難以有效地生長(zhǎng)薄膜，因此快速制備砷化硼薄膜的技術(shù)領(lǐng)域仍然存在技術(shù)空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種砷化硼薄膜的制備方法。

4、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：包括，

5、原材料裝入耐高溫且不參與反應(yīng)的容器的一端，再將一面覆蓋有二維范德華材料的襯底材料放入石英管中；

6、其中，所述原材料為純度>99％的硼粉和砷粒，襯底材料覆蓋有二維范德華材料的一面朝向原材料；

7、石英管抽至真空后通入氬氣調(diào)節(jié)管內(nèi)壓強(qiáng)，并通過(guò)熱熔處理密封石英管，密封后的石英管裝有原材料的一端為高溫端，襯底材料所處位置為低溫端，依次進(jìn)行加熱處理和退火處理，即得到砷化硼薄膜。

8、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述原材料中硼粉和砷粒的摩爾比為55：1～8：1。

9、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述覆蓋有二維范德華材料的襯底，其中，所述二維范德華材料包括單層氮化硼、層數(shù)為2～5層的多層氮化硼、單層石墨烯、多層石墨烯、二硫化鉬、硫化鎢、硒化鉬、硒化鎢。

10、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述襯底包括硅片、石英、氧化鋁、氟化鈣、氧化鎂、氟化鎂、碳化硅。

11、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通入氬氣調(diào)節(jié)管內(nèi)壓強(qiáng)為調(diào)節(jié)管內(nèi)壓強(qiáng)至10毫托～200托。

12、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述加熱處理，其中，高溫端的加熱溫度為800～890℃，低溫端的加熱溫度為600～790℃。

13、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述加熱處理的保溫時(shí)間為3～7h。

14、作為本發(fā)明所述砷化硼薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述退火處理在真空條件下進(jìn)行，處理溫度為500～700℃，處理時(shí)間為20min～60min。

15、本發(fā)明的再一目的是，提供一種砷化硼薄膜。

16、本發(fā)明的再一目的是，提供一種砷化硼薄膜作為半導(dǎo)體材料在制備現(xiàn)代電子器件中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明有益效果：

18、本申請(qǐng)?jiān)诙S范德華材料(單層或多層)表面上通過(guò)范德華外延的方式生長(zhǎng)立方相砷化硼薄膜材料，使得成核位點(diǎn)均勻可控，砷化硼能在二維范德華材料上均勻成膜，并且可在短時(shí)間內(nèi)制備獲得高質(zhì)量、低缺陷的砷化硼薄膜，

19、本申請(qǐng)通過(guò)在石英管內(nèi)通入氬氣，調(diào)節(jié)管內(nèi)氣壓，能夠通過(guò)對(duì)管內(nèi)氣壓的調(diào)節(jié)，控制不同氣相組分的分壓，從而加速砷化硼薄膜的生長(zhǎng)和實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜質(zhì)量的優(yōu)化。

20、與制備砷化硼單晶相比，本申請(qǐng)的制備方法能夠有效克服砷化硼薄膜難以控制薄膜生長(zhǎng)的厚度和均勻性、晶體質(zhì)量以及性能穩(wěn)定性等技術(shù)障礙，制得的砷化硼薄膜適用于柔性材料的制備，降低設(shè)備重量，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。

技術(shù)特征：

1.一種砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述原材料中硼粉和砷粒的摩爾比為55：1～8：1。

3.如權(quán)利要求1所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述覆蓋有二維范德華材料的襯底，其中，所述二維范德華材料包括單層氮化硼、層數(shù)為2～5層的多層氮化硼、單層石墨烯、多層石墨烯、二硫化鉬、硫化鎢、硒化鉬、硒化鎢。

4.如權(quán)利要求3所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述襯底包括硅片、石英、氧化鋁、氟化鈣、氧化鎂、氟化鎂、碳化硅中的一種。

5.如權(quán)利要求1所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述通入氬氣調(diào)節(jié)管內(nèi)壓強(qiáng)為調(diào)節(jié)管內(nèi)壓強(qiáng)至10毫托～200托。

6.如權(quán)利要求1所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述加熱處理，其中，高溫端的加熱溫度為800～890℃，低溫端的加熱溫度為600～790℃。

7.如權(quán)利要求6所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述加熱處理的保溫時(shí)間為3～7h。

8.如權(quán)利要求1所述的砷化硼薄膜的制備方法，其特征在于：所述退火處理在真空條件下進(jìn)行，處理溫度為500～700℃，處理時(shí)間為20min～60min。

9.如權(quán)利要求1～8任一所述的制備方法制備得到的砷化硼薄膜。

10.如權(quán)利要求9所述的砷化硼薄膜作為半導(dǎo)體材料在制備現(xiàn)代電子器件中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種砷化硼薄膜的制備方法，在二維范德華材料(單層或多層)表面上通過(guò)范德華外延的方式生長(zhǎng)立方相砷化硼薄膜材料，使得成核位點(diǎn)均勻可控，砷化硼能在二維范德華材料上均勻成膜，并且可在短時(shí)間內(nèi)制備獲得高質(zhì)量、低缺陷的砷化硼薄膜，與制備砷化硼單晶相比，本申請(qǐng)的制備方法能夠有效克服砷化硼薄膜難以控制薄膜生長(zhǎng)的厚度和均勻性、晶體質(zhì)量以及性能穩(wěn)定性等技術(shù)障礙，制得的砷化硼薄膜適用于半導(dǎo)體電子材料的制備及應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：文西興,文銘杰,葉宸源,喻世軍,王英杰,張旭陽(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30