六方氮化硼外延生长研究进展

h-BN是一种类石墨烯的二维超宽禁带半导体材料，在制造更小尺寸和更高速度的场效应晶体管方面有极大的应用潜力。制备高质量的h-BN是实现其应用的前提，本文基于外延生长h-BN的衬底类型进行分类，系统地介绍了在过渡金属衬底、蓝宝石介质衬底和半导体材料表面外延生长h-BN的各类方法及特点。在具有催化活性的过渡金属衬底上可以外延生长高质量的二维h-BN，样品的物理化学特性与通过剥离得到h-BN的性能相当。但由于衬底的催化作用会随着 h-BN厚度的增加而迅速下降，所以过渡金属衬底上外延生长的二维 h-BN存在自限效应，厚度一般不超过10层，不利于h-BN在高压大功率器件方面的应用。同时，后续h-BN的表征及应用通常需要转移到介质衬底上进行，转移过程不可避免地会在h-BN样品中引入杂质和缺陷，进而影响样品的表征及相应器件的性能。

因此，直接在绝缘介质或半导体材料衬底上生长h-BN单晶薄膜也具有十分广阔的应用前景。蓝宝石具有良好的热稳定性和化学稳定性，是外延生长h-BN的首选衬底，在蓝宝石衬底上外延生长h-BN单晶薄膜的方法主要有CVD、MOVPE、MBE、IBSD，以及高温后退火等工艺，通过这些方法可以在蓝宝石衬底上外延得到高质量的h-BN单晶薄膜，还可以集成到现有的一些III-V族化合物半导体的外延生长工艺之中，为h-BN的大面积应用奠定基础，但蓝宝石衬底的弱催化活性导致其外延生长 h-BN单晶薄膜的温度通常较高，在较低温度下实现高质量h-BN单晶薄膜的外延是未来的研究方向之一。此外， 石墨烯、Ge和Si等半导体材料衬底上生长h-BN单晶薄膜也是当前研究的一个热点，以石墨烯为例，二者晶格常数失配率仅为1.7%，石墨烯衬底上可以外延得到高质量的h-BN薄膜，为范德瓦耳斯异质结的制备及其性能研究提供了新的方向。尽管目前人们在不同衬底上外延h-BN已经取得了较大的进展，但是其详细的生长机理仍需要更多的研究，大面积h-BN的可控生长依然存在一定的困难，生长方法有待进一步优化。